“模板”法制备石墨烯及其在超级电容器中的应用研究

发布时间：2017-09-21 09:02

  本文关键词：“模板”法制备石墨烯及其在超级电容器中的应用研究

  更多相关文章： 纳米材料 水滑石 超分子自组装 石墨烯 超级电容器

【摘要】：本论文以富碳有机阴离子苯甲酸根为碳源,镍铝类水滑石或镁铝水滑石二维层板为模板和催化剂,通过共沉淀法实现苯甲酸根与镍铝类水滑石或镁铝水滑石层板的超分子自组装,在氩气氛中一定温度下对超分子化合物焙烧后进行“酸蚀”处理去除金属氧化物,制得石墨烯类材料。将得到的产物作为超级电容器电极材料的活性物质进行超级电容器组装,并进行性测试。本论文设计合成了三个水滑石前体,即苯甲酸根插层镍铝类水滑石NAB112、 NAB212和苯甲酸根插层镁铝水滑石MAB312,对前体进行石墨化及去模板和催化剂处理得到石墨烯产物N1G、N2G和M3G,利用XRD、FT-IR、Raman、EA、ICP、 TG、SEM、TEM和孔径及比表面分析等分析手段对前体及石墨烯产物进行了表征,分析了前体及产物的晶型结构、化学组成和微观形貌等,探究了石墨烯产物性质与石墨烯前体及石墨化条件的关系。采用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电等研究手段对以石墨烯产物为电极活性物质的超级电容器进行了测试,分析比较了不同石墨烯产物的电化学性能,进一步探究了石墨烯产物性能与石墨烯前体及石墨化条件的关系。其中,石墨烯产物M3G的比表面积达808.06m2g-1,在电流密度1A/g下恒流充放电其比电容有达195.8F/g,且在电流密度5A/g下恒流充放电1000次后,其比电容保持有初始充放电时的95.1%。本论文通过简单的方法合成了水滑石前体,并通过简易的方法在较低温度下制备出性能优异的石墨烯类材料,为大规模生产超级电容电极材料用石墨烯提供了重要参考。
【关键词】：纳米材料 水滑石 超分子自组装 石墨烯 超级电容器
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TM53
【目录】：

• 中文摘要2-3
• Abstract3-4
• 中文文摘4-9
• 第一章 绪论9-35
• 1.1 引言9
• 1.2 超级电容器9-18
• 1.2.1 超级电容器的发展历程10-11
• 1.2.2 超级电容器的特点11-12
• 1.2.3 超级电容器的分类12
• 1.2.4 超级电容器的工作原理12-14
• 1.2.5 电化学电容器的结构单元14-15
• 1.2.6 超级电容器电极材料15-16
• 1.2.7 超级电容器的应用16-18
• 1.3 石墨烯概述18-27
• 1.3.1 石墨烯的结构18-19
• 1.3.2 石墨烯的性能19-20
• 1.3.3 石墨烯的制备方法20-25
• 1.3.4 石墨烯的应用25-27
• 1.4 水滑石概述27-33
• 1.4.1 水滑石类化合物的结构28
• 1.4.2 水滑石类化合物的性质28-30
• 1.4.3 水滑石类化合物的制备30-32
• 1.4.4 水滑石类化合物的应用32-33
• 1.5 本论文的意义、研究内容和创新之处33-35
• 第二章 苯甲酸根插层类水滑石化合物的合成与表征35-57
• 2.1 前言35
• 2.2 实验部分35-39
• 2.2.1 材料与试剂35-36
• 2.2.2 表针技术36
• 2.2.3 样品制备36-39
• 2.3 结果与分析39-56
• 2.3.1 X射线衍射(XRD)分析39-44
• 2.3.2 傅里叶红外(FT-IR)光谱分析44-49
• 2.3.3 元素分析49-50
• 2.3.4 热稳定性分析50-54
• 2.3.5 微观形貌分析54-56
• 2.4 小结56-57
• 第三章 石墨烯纳米片的制备与表征57-75
• 3.1 引言57
• 3.2 实验部分57-59
• 3.2.1 材料与试剂57-58
• 3.2.2 表征技术58
• 3.2.3 样品制备58-59
• 3.3 结果与分析59-74
• 3.3.1 X射线衍射(XRD)分析59-64
• 3.3.2 拉曼(Raman)光谱分析64-67
• 3.3.3 元素分析67-68
• 3.3.4 透射电镜(TEM)分析68-71
• 3.3.5 孔结构分析71-74
• 3.4 小结74-75
• 第四章 石墨烯纳米材料的电化学性能研究75-95
• 4.1 前言75-76
• 4.2 实验部分76-79
• 4.2.1 材料与试剂76
• 4.2.2 表征技术76-78
• 4.2.3 电极的制备和超级电容器的组装78-79
• 4.3 结果与分析79-92
• 4.3.1 循环伏安79-82
• 4.3.2 交流阻抗82-85
• 4.3.3 恒流充放电85-90
• 4.3.4 循环寿命90-92
• 4.4 小结92-95
• 第五章 结论95-97
• 参考文献97-107
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果107-109
• 致谢109-111
• 个人简历111-113

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本文编号：893574