碳纳米管和石墨烯负载二氧化钌复合电容材料的绿色制备和性能研究

发布时间：2017-10-04 12:01

  本文关键词：碳纳米管和石墨烯负载二氧化钌复合电容材料的绿色制备和性能研究

  更多相关文章： 二氧化钌 碳纳米管 氧化石墨烯 复合电极材料 比电容

【摘要】：本文首先以碳纳米管为载体,分别采用体系自身氧化还原和双氧水氧化两种简易方便、绿色环保的制备方法,制备出具有较高比电容量的Ru O2/CNTs复合电极材料,考察制备过程中不同变量,如反应时间、反应温度和Ru O2负载量等,对Ru O2/CNTs复合材料电容性能的影响,从而得出两种制备方法中各变量的最佳值。并对两种方法制备的Ru O2/CNTs复合电极材料的结构和电容性能进行了表征、测试。结果发现,两种方法制备的Ru O2粒径均较小,且均匀地负载于碳纳米管的表面;体系自身氧化还原法制备出的Ru O2/CNTs复合材料整体电容性能优于H2O2氧化法;在最佳制备条件下,体系自身氧化还原法所制备的Ru O2/CNTs复合电极材料的电容值可达到261.5F/g。采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),利用GO和Ru Cl3自身的氧化还原特性,实现绿色的一步氧化还原法制备Ru O2/r-GO纳米复合材料。此法制备的Ru O2颗粒分布均匀,粒径较小。电化学测试表明:当反应温度为100℃,Ru O2的负载量为40wt%时,复合材料的性能最佳,在1A/g的电流密度下,其比容达到296F/g。在5A/g的电流密度下,复合材料经过1000圈的循环后电容保持率为94.8%,表现出了良好的电化学稳定性。同时,采用H2O2氧化法制备Ru O2/r-GO纳米复合材料。结果表明,H2O2氧化法制备的样品的电容性能依然低于体系自身氧化还原法所得样品的电容性能;双氧水在较低温度或者反应的前期起积极作用。对于Ru O2/CNTs和Ru O2/r-GO复合电容材料,体系自身氧化还原法具有简便、绿色环保的优点,同时Ru O2颗粒分布更均匀,粒径更小,稳定性更好,材料的整体电容性能更优;Ru O2/r-GO复合电容材料的电容性能略优于Ru O2/CNTs的电容性能。
【关键词】：二氧化钌 碳纳米管 氧化石墨烯 复合电极材料 比电容
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 电化学电容器简介11-14
• 1.2.1 电化学电容器工作原理11-13
• 1.2.2 电化学电容器的特点13-14
• 1.2.3 电化学电容器的实际应用14
• 1.3 电化学电容器的发展史14-15
• 1.4 电极材料的分类15-21
• 1.4.1 碳基电极材料15-18
• 1.4.2 金属氧化物电极材料18-21
• 1.4.3 导电聚合物材料21
• 1.5 本课题的研究意义及内容21-23
• 第二章 实验部分与表征技术23-29
• 2.1 实验所用的试剂及仪器23-24
• 2.1.1 化学试剂23-24
• 2.1.2 实验仪器24
• 2.2 复合电极材料的制备24-25
• 2.3 复合电极材料的结构表征25-26
• 2.3.1 场发射电子扫描显微镜（FE-SEM）25
• 2.3.2 透射电子显微镜（TEM）25
• 2.3.3 X射线衍射分析（XRD）25
• 2.3.4 拉曼光谱（Raman）25
• 2.3.5 电子探针微区分析（EMPA-EDX）25-26
• 2.3.6 X射线光电子能谱分析（XPS）26
• 2.4 复合电极材料的电容性能测试26-29
• 2.4.1 工作电极的制作26
• 2.4.2 电容性能测试方法26-29
• 第三章RuO_2/CNTs复合电极材料的制备及电容性能研究29-50
• 3.1 引言29
• 3.2 RuO_2/CNTs复合电极材料的制备29-30
• 3.2.1 碳纳米管的修饰29-30
• 3.2.2 RuO_2/CNTs复合电极材料的制备30
• 3.3 RuO_2/CNTs复合电极材料的结构表征30-35
• 3.4 RuO_2/CNTs复合电极材料的电容性能测试35-48
• 3.4.1 反应时间对于RuO_2/CNTs复合电极材料电容性能的影响35-37
• 3.4.2 反应温度对于RuO_2/CNTs复合电极材料性能的影响37-39
• 3.4.3 RuO_2理论负载量对于RuO_2/CNTs复合电极材料性能的影响39-42
• 3.4.4 H2O2与RuCl3用量比例对于RuO_2/CNTs复合电极材料性能的影响42-43
• 3.4.5 对比实验以及最佳条件下制备的RuO_2/CNTs样品的电化学性能43-47
• 3.4.6 两种制备方法的比较47-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第四章RuO_2/r-GO复合电极材料的制备及电容性能研究50-71
• 4.1 引言50
• 4.2 RuO_2/r-GO复合电极材料的制备50-52
• 4.2.1 氧化石墨烯（GO）的制备50-51
• 4.2.2 RuO_2/r-GO复合电极材料的制备51-52
• 4.3 RuO_2/r-GO复合电极材料的结构表征52-56
• 4.4 RuO_2/r-GO复合电极材料的电容性能表征56-66
• 4.4.1 二氧化钌负载量对RuO_2/r-GO复合电极材料的电容性能的影响56-59
• 4.4.2 反应时间对RuO_2/r-GO复合电极材料电容性能的影响59-60
• 4.4.3 反应温度对RuO_2/r-GO复合电极材料的影响60-62
• 4.4.4 双氧水的加入量对RuO_2/r-GO复合电极材料的影响62
• 4.4.5 控制实验以及最佳条件下制备的RuO_2/r-GO样品的电化学性能62-66
• 4.5 RuO_2/r-GO-CNTs复合电极材料的制备和性能表征66
• 4.6 MnO2-RuO_2/r-GO复合电极材料的制备及性能研究66-69
• 4.6.1 MnO2-RuO_2/r-GO复合电极材料的制备67
• 4.6.2 MnO2-RuO_2/r-GO复合电极材料的结构表征67-68
• 4.6.3 MnO2-RuO_2/r-GO复合电极材料的电化学性能表征68-69
• 4.7 本章小结69-71
• 结论与展望71-73
• 参考文献73-82
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果82-83
• 致谢83-84
• 附件84

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨蓉;康二维;崔斌;谢钢;蒋百灵;;超级电容器聚苯胺电极材料的研究进展[J];工程塑料应用;2010年05期

2 曹军;洪芳军;郑平;;叉指型微电极交流电渗泵的阻抗谱分析[J];微纳电子技术;2008年09期

3 邢宝林;张传祥;谌伦建;;双电层电容器用煤基活性炭的制备与电化学性能表征[J];材料导报;2009年22期

4 郝卫昭;赵万生;王丹;蒋毅;;基于CPLD的纳秒级微细电化学加工脉冲电源的研究[J];电加工与模具;2009年03期

5 梁子雷;陈崇宽;陈彤;刘继波;米国民;;电化学电容器电极材料研究现状[J];电源技术;2010年07期

6 陈英放;李媛媛;邓梅根;;超级电容器的原理及应用[J];电子元件与材料;2008年04期

7 周晓平;舒东;;超级电容器电极材料MnS_(0.4)O_(0.8)的制备及其电容行为研究[J];广州化工;2010年05期

8 王力臻;张凯庆;张林森;王坤;;超级电池负极的研究进展[J];蓄电池;2012年05期

9 戴佳成;张宏艳;何耀霆;;基于PWM超级电容充电装置的设计装置[J];电子设计工程;2014年17期

10 刘亚赛;丁辛;刘连梅;胡吉永;杨旭东;;基于聚吡咯/棉织物电极的超级电容器固态电解质的研究[J];东华大学学报(自然科学版);2014年06期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 王东;张莉;;基于DSP的超级电容器串联均压控制系统的研究[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集（3）[C];2008年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 范新庄;石墨电极的电化学改性制备方法与准电容特性研究[D];中国海洋大学;2011年

2 汪形艳;金属氧化物/碳微球复合材料超级电容特性研究[D];湘潭大学;2011年

3 苏凌浩;钴铝双氢氧化物层状材料的制备、表征及电容性能研究[D];南京航空航天大学;2009年

4 任桂周;内燃—直线发电集成动力系统储能装置的研究[D];南京理工大学;2011年

5 符显珠;碱性电池、锂离子电池及燃料电池镍基电极材料的研究[D];厦门大学;2007年

6 荣常如;聚芳醚/纳米碳复合材料的制备及性能研究[D];吉林大学;2010年

7 方静;超级电容器用聚苯胺纳米纤维的制备、改性和电容特性研究[D];中南大学;2012年

8 邢宝林;超级电容器用低阶煤基活性炭的制备及电化学性能研究[D];河南理工大学;2011年

9 文春明;基于MEMS技术的超级电容器三维微电极阵列制备及表征方法研究[D];重庆大学;2012年

10 孟繁慧;基于新型纳米结构超级电容器材料的研究[D];山东大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李利民;含氮活性碳材料的制备及其电化学性能研究[D];湘潭大学;2010年

2 孔德帅;纳米多孔结构镍基复合膜电极的电化学法制备及其赝电容性能[D];浙江大学;2011年

3 国帅;模板碳的制备及其电容性能的研究[D];东华大学;2010年

4 高娇阳;Mo_2C/C复合体和MnO_2纳米线的合成及电化学性能研究[D];大连理工大学;2011年

5 崔德源;二氧化锰电极材料制备与性能研究[D];大连理工大学;2011年

6 刘不厌;纳米二氧化锰的制备、改性及其电化学性质[D];大连理工大学;2011年

7 鲜青龙;氢氧化镍及其复合物电极材料的电化学电容行为[D];新疆大学;2011年

8 马贺然;超级电容器用氧化钌基复合薄膜电极的制备与性能研究[D];中南大学;2011年

9 黄铮铮;掺杂炭材料的制备及其电化学性能研究[D];湘潭大学;2011年

10 白俐;超级电容器用碳微球及其复合材料的制备和性能研究[D];湘潭大学;2011年

，

本文编号：970520