高分子衍生类石墨烯掺杂材料的合成与电化学性能

发布时间：2017-09-23 07:15

  本文关键词：高分子衍生类石墨烯掺杂材料的合成与电化学性能

  更多相关文章： 石墨烯 掺杂 超级电容器 壳聚糖 沸石咪唑酯骨架

【摘要】：通过优化石墨烯材料的三维结构或者选择合适的原子对石墨烯进行掺杂,能够极大的改善石墨烯的物理和化学性能以扩宽其应用。氮原子及硫原子掺杂的石墨烯具有很高的氧化还原反应活性,可以作为超级电容器的电极材料,显著提高石墨烯的赝电容以及综合性能。本文通过高温炭化高分子衍生物法分别制备了氮硫共掺杂的类石墨烯材料和氮掺杂的石墨烯类似物,并对其结构和电化学性能进行了表针和探讨,相关工作如下:(1)通过简单的一步法,以壳聚糖为碳源和氮源,硫酸钾(K2SO4)为硫源,在高温下反应制备了氮硫共掺杂的类石墨烯材料。该材料具有三维多孔结构,其氮、硫元素的掺杂比例分别高达7.7%和10.3%。共掺杂的氮、硫原子发生协同效应产生大量氧化还原反应活性位点,有利于提高电极材料的赝电容。以离子液体为电解质时,该材料在40 A/g的高电流密度下其比电容高达仍高达147 F/g;此外,在10 A/g的电流密度下经过1000次充放电循环,氮硫共掺杂类石墨烯材料仍保留了 93%的初始电容量,表现出了良好的循环稳定性能。(2)以六水合硝酸锌、2-甲基咪唑和聚乙烯吡咯烷酮(K-30)为原料制备了 2-甲基咪唑锌盐的金属有机框架聚合物(ZIF-8),并可实现对其尺寸的调控。ZIF-8经过700℃高温炭化并用浓盐酸洗去锌元素后得到了氮掺杂的石墨烯类似物,在保留了前驱体结构的同时产生大量的纳米孔道,从而具有极大的比表面积,使其表现出良好的超级电容性能。在3 A/g的电流密度下比电容达到249 F/g,并且即使是在10 A/g的高电流密度下,比电容仍然高达120 F/g。
【关键词】：石墨烯 掺杂 超级电容器 壳聚糖 沸石咪唑酯骨架
【学位授予单位】：湖北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第一章 绪论14-28
• 1.1 石墨稀概述14-15
• 1.1.1 石墨稀的结构与性能14-15
• 1.1.2 石墨稀的制备方法15
• 1.2 掺杂石墨稀概述15-22
• 1.2.1 掺杂石墨稀的类型16-18
• 1.2.1.1 氮掺杂石墨稀16-17
• 1.2.1.2 硫掺杂石墨稀17
• 1.2.1.3 共掺杂石墨稀17
• 1.2.1.4 其他掺杂类型17-18
• 1.2.2 掺杂石墨稀的制备18-21
• 1.2.2.1 自下而上合成法18
• 1.2.2.2 化学气相沉积法18-19
• 1.2.2.3 球磨法19
• 1.2.2.4 热处理法19-21
• 1.2.2.5 湿化学法21
• 1.2.3 掺杂石墨稀的应用21-22
• 1.3 超级电容器概述22-26
• 1.3.1 超级电容器简述22-23
• 1.3.2 超级电容器的类型和特点23
• 1.3.3 超级电容器的电极材料23-25
• 1.3.3.1 双电层电容器的电极材料24
• 1.3.3.2 法拉第赝电容器的电极材料24-25
• 1.3.4 超级电容器的应用25-26
• 1.4 论文的选题和研究内容26-28
• 1.4.1 论文选题26-27
• 1.4.2 研究内容27-28
• 第二章 壳聚糖衍生氮硫共掺杂类石墨烯28-43
• 2.1 前言28-29
• 2.2 实验部分29-31
• 2.2.1 原料与试剂29-30
• 2.2.2 仪器骼30
• 2.2.3 氮硫共掺杂类石墨稀材料的制备30
• 2.2.4 测试与表征30-31
• 2 3 结果与讨论31-42
• 2.3.1 氮硫共掺杂石墨稀的形貌表征31-32
• 2.3.2 氮硫共掺杂石墨稀的结构表征32-37
• 2.3.2.1 傅里叶红外光谱（FTIP）分析32-33
• 2.3.2.2 拉曼光谱分析33-34
• 2.3.2.3 XRD分析34-35
• 2.3.2.4 XPS分析35-37
• 2.3.3 氮硫共掺杂石墨稀的电化学性能表征37-42
• 2.3.3.1 氨氧化钟为电解质下的电化学测试37-40
• 2.3.3.2 离子液体为电解质下的电化学测试40-42
• 2.4 本章小结42-43
• 第三章 金属有机骨架衍生氮掺杂类石墨稀43-55
• 3.1 前言43-44
• 3.2 实验部分44-46
• 3.2.1 原料和试剂44
• 3.2.2 仪器44-45
• 3.2.3 氮惨杂类石墨稀的制备45
• 3.2.4 测试与表征45-46
• 3.3 结果与讨论46-54
• 3.3.1 ZIF-8前驱体的形貌表征46-47
• 3.3.2 邸-8的结构表征47-48
• 3.3.2.1 XRD分析47
• 3.3.2.2 XPS分析47-48
• 3.3.3 氮渗杂石墨稀类似物的结构与形貌表征48-51
• 3.3.3.1 TEM形貌表征48-49
• 3.3.3.2 红外光谱49
• 3.3.3.3 XPS分析49-50
• 3.3.3.4 拉曼光谱50-51
• 3.3.4 氮掺杂石墨稀类似物的电化学性能 %51-54
• 3.3.4.1 循环伏安测试51-52
• 3.3.4.2 恒流充放电测试52-53
• 3.3.4.3 交流阻抗测试53-54
• 3.4 本章小结54-55
• 全文总结55-56
• 参考文献56-66
• 附录66-68
• 致谢68

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;科学家首次用纳米管制造出石墨烯带[J];电子元件与材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列进展[J];高科技与产业化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本开发出在蓝宝石底板上制备石墨烯的技术[J];硅酸盐通报;2009年04期

5 马圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究进展[J];现代物理知识;2009年04期

6 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期

7 ;纳米中心石墨烯相变研究取得新进展[J];电子元件与材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金贵;李振;;石墨烯研究进展[J];化学进展;2009年12期

9 张伟娜;何伟;张新荔;;石墨烯的制备方法及其应用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 万勇;马廷灿;冯瑞华;黄健;潘懿;;石墨烯国际发展态势分析[J];科学观察;2010年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 成会明;;石墨烯的制备与应用探索[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

2 钱文;郝瑞;侯仰龙;;液相剥离制备高质量石墨烯及其功能化[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第3分册）[C];2010年

4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

5 沈志刚;李金芝;易敏;;射流空化方法制备石墨烯研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年

6 王冕;钱林茂;;石墨烯的微观摩擦行为研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年

7 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

8 吴孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和无机石墨烯材料:计算与实验的结合[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吴迪;彭海琳;刘忠范;;石墨烯光化学修饰及尺寸效应研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年

2 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年

3 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年

4 本报记者 李好宇 张們捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年

5 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年

6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年

7 记者 谢荣　通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年

8 本报记者 纪爱玲;石墨烯：市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年

9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年

10 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年

2 罗大超;化学修饰石墨烯的分离与评价[D];北京化工大学;2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修饰[D];北京化工大学;2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修复机理的理论研究[D];吉林大学;2013年

5 盛凯旋;石墨烯组装体的制备及其电化学应用研究[D];清华大学;2013年

6 姜丽丽;石墨烯及其复合薄膜在电极材料中的研究[D];西南交通大学;2015年

7 姚成立;多级结构石墨烯/无机非金属复合材料的仿生合成及机理研究[D];安徽大学;2015年

8 伊丁;石墨烯吸附与自旋极化的第一性原理研究[D];山东大学;2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧还原电催化剂的理论计算研究[D];武汉大学;2014年

10 王义;石墨烯的模板导向制备及在电化学储能和肿瘤靶向诊疗方面的应用[D];复旦大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 詹晓伟;碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究[D];西安电子科技大学;2011年

2 王晨;石墨烯的微观结构及其对电化学性能的影响[D];北京化工大学;2011年

3 苗伟;石墨烯制备及其缺陷研究[D];西北大学;2011年

4 蔡宇凯;一种新型结构的石墨烯纳米器件的研究[D];南京邮电大学;2012年

5 金丽玲;功能化石墨烯的酶学效应研究[D];苏州大学;2012年

6 黄凌燕;石墨烯拉伸性能与尺度效应的研究[D];华南理工大学;2012年

7 刘汝盟;石墨烯热振动分析[D];南京航空航天大学;2012年

8 雷军;碳化硅上石墨烯的制备与表征[D];西安电子科技大学;2012年

9 于金海;石墨烯的非共价功能化修饰及载药系统研究[D];青岛科技大学;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制备[D];上海交通大学;2013年

，

本文编号：903910