石墨烯及掺氮石墨烯纳米复合材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-09-02 20:20

  本文关键词：石墨烯及掺氮石墨烯纳米复合材料的制备及其电化学性能研究

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【摘要】：本论文是采用水热法、静电吸附法及原位聚合法来制备石墨烯纳米复合材料及掺氮石墨烯纳米复合材料,并通过场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)和拉曼光谱(Raman光谱)等测试手段对确定纳米复合材料微观形貌、热解温度和晶体结构,并通过测试纳米复合材料的循环伏安(CV)性能、充放电性能、交流阻抗性能和循环寿命性能来确定纳米材料的电化学性能。具体实验内容分为以下四部分：1.通过一步水热法生成掺氮石墨烯/氢氧化镍前驱体,再在高温氮气氛围中煅烧掺氮石墨烯/氢氧化镍前驱体制备掺氮石墨烯/氧化镍纳米复合物。在1mol/LKOH的电解液和0.1-0.5V的电压范围内测试复合物的电化学性能,氧化镍在在电化学过程中以赝电容形式提高比电容,而掺氮石墨烯以提供高比表面积及导电能力改善比电容值。2.在低温及质子酸条件下采用原位聚合的方式制备石墨烯/纳米硫/聚苯胺纳米复合物。在复合物中石墨烯和聚苯胺高比表面积及导电性能可以改善硫单质在电化学过程中容易溶解、比电容衰减快的缺点,三者相互作用使复合物的电化学性能大大提升。3.采用两步水热法制备掺氮石墨烯/四氧化三锰纳米管复合物并研究其电化学性能。管状结构的四氧化三锰比表面积大及比电容大,掺氮石墨烯的导电性能大及比表面积大,两者协同作用使复合物比电容显著增大,在扫描速度为5 mV·s-1条件下,掺氮石墨烯/四氧化三锰纳米复合物的比电容能达到370 F·g-1；在电流密度为1 A·g-1下的充放电条件下,复合物的比电容高达368 F·g-1。4.在酸性条件下,通过静电吸附法制备掺氮石墨烯/氧化铜纳米管纳米复合物,并对其电催化葡萄糖性能进行测试。实验结果显示：复合物的催化性能比纯掺氮石墨烯及纯氧化铜性能优异。
【关键词】：石墨烯 掺氮石墨烯 纳米复合材料 电化学性能
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TB33
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-17
• 第一章 绪论17-29
• 1.1 概述17
• 1.2 纳米材料17-23
• 1.2.1 纳米材料的分类17-18
• 1.2.2 纳米材料的特性18-19
• 1.2.3 纳米材料的制备方法19-21
• 1.2.4 纳米材料的表征手段21-22
• 1.2.5 纳米材料的应用及发展前景22-23
• 1.2.6 纳米复合材料23
• 1.3 超级电容器简介23-25
• 1.3.1 超级电容器电极材料研究23-24
• 1.3.2 超级电容器性能测试24-25
• 1.3.3 超级电容器的应用25
• 1.4 石墨烯及其衍生物25-26
• 1.4.1 石墨烯(graphene)和氧化石墨烯(GO)25
• 1.4.2 掺氮石墨烯简介25-26
• 1.5 聚苯胺(PANI)26-27
• 1.5.1 聚苯胺的结构及性质26-27
• 1.5.2 聚苯胺的应用27
• 1.6 本文的研究背景、主要内容及意义27-29
• 第二章 掺氮石墨烯/氧化镍纳米复合物的制备及其电化学性能的研究29-41
• 2.1 前言29
• 2.2 实验部分29-32
• 2.2.1 实验设备及仪器29-30
• 2.2.2 实验步骤30-32
• 2.3 结果与讨论32-40
• 2.3.1 热重分析32-33
• 2.3.2 XRD分析33-34
• 2.3.3 形貌分析34-35
• 2.3.4 拉曼光谱分析35
• 2.3.5 XPS分析35-37
• 2.3.6 电化学性能研究37-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第三章 石墨烯/纳米硫/聚苯胺纳米复合物的制备及其电化学研究41-51
• 3.1 前言41
• 3.2 实验部分41-43
• 3.2.1 实验仪器与设备41-42
• 3.2.2 实验步骤42-43
• 3.3 结果与讨论43-50
• 3.3.1 反应机理43-44
• 3.3.2 XRD的分析44-45
• 3.3.3 红外光谱分析45
• 3.3.4 形貌分析45-46
• 3.3.5 拉曼分析46-47
• 3.3.6 XPS分析47-48
• 3.3.7 电化学性能分析48-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第四章 掺氮石墨烯/四氧化三锰纳米管复合物的制备及其电化学性能研究51-62
• 4.1 前言51-52
• 4.2 实验部分52-54
• 4.2.1 实验试剂与仪器52
• 4.2.2 实验步骤52-54
• 4.3 结果与讨论54-61
• 4.3.1 XRD分析54-55
• 4.3.2 NG/Mn_3O_4复合物的形貌分析55-56
• 4.3.3 拉曼光谱部分56-57
• 4.3.4 XPS分析57-59
• 4.3.5 电化学分析59-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章 掺氮石墨烯/氧化铜纳米管纳米复合物的制备及电化学性能研究62-69
• 5.1 前言62
• 5.2 实验部分62-64
• 5.2.1 实验试剂与仪器62-63
• 5.2.2 实验步骤63-64
• 5.3 结果与讨论64-68
• 5.3.1 XRD分析64-65
• 5.3.2 拉曼光谱分析65-66
• 5.3.3 形貌表征66
• 5.3.4 XPS分析和红外分析66-68
• 5.3.5 NG/CuO-NTs复合物对葡萄糖的循环伏安测试68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 结论和展望69-71
• 参考文献71-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文81

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