水热法制备石墨烯复合材料、海胆状二氧化锰及其在超级电容器中的应用

发布时间：2017-03-27 17:13

  本文关键词：水热法制备石墨烯复合材料、海胆状二氧化锰及其在超级电容器中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本论文主要采用水热法制备了不同超级电容器电极材料，包括石墨烯/导电聚合物复合材料、石墨烯/金属氧化物复合材料和单独的金属氧化物纳米材料。利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、X-射线衍射（XRD）、红外光谱（FTIR）等测试手段对产品的形貌、结构及成分进行了表征，并研究了这些材料的电容性能。具体研究成果如下： 1，三元复合材料石墨烯/聚苯胺/介孔二氧化硅MCM-41（MCM-41）通过水热法合成。氧化石墨烯（GO）在石墨烯/聚苯胺/MCM-41复合材料中的含量对所制备的超级电容器电极的电化学性能有很强的影响。实验结果显示，当GO的含量为50%时，电流密度为0.8A g-1条件下，石墨烯/聚苯胺/MCM-41复合材料的比电容值可以达到405F g-1。此外，在1000次充放电之后，石墨烯/聚苯胺/MCM-41复合材料的比电容值仍为初始值的91.4%。不同GO含量的复合材料的电化学性能，也做了详细的研究。 2，通过调控锰源的含量，采用简单的一步水热法成功的制备了形貌可控的二氧化锰/石墨烯复合材料，即花瓣状二氧化锰纳米片/石墨烯复合材料和二氧化锰纳米棒/石墨烯复合材料。讨论了不同形貌的二氧化锰/石墨烯复合材料的形成机理。所制备的二氧化锰/石墨烯复合材料均呈现为类“三明治”结构，即花瓣状的二氧化锰纳米片和二氧化锰纳米棒都是均匀的附着在石墨烯片层的两侧。此外，不同形貌的二氧化锰/石墨烯复合材料均可用于超级电容器的电极材料。实验结果显示，与二氧化锰纳米棒/石墨烯复合材料相比，花瓣状二氧化锰纳米片/石墨烯复合材料具有较好的电容性能。在1M硫酸钠电解液中，扫速为1mV s-1的条件下，花瓣状二氧化锰纳米片/石墨烯复合材料的比电容值为516.8F g-1，且具有良好的循环稳定性，这表明其有作为高性能超级电容器的电极材料的潜能。该项工作不仅提供了一种简单、原位的方法合成金属氧化物/石墨烯复合材料，同时，也提供了一种新型的结构概念用于制备其他金属氧化物和石墨烯复合材料。 3，采用简单的一步水热的方法合成空心海胆状二氧化锰，没有采用模板和表面活性剂。空心海胆状二氧化锰具有3D的纳米结构，，其结构稳定，并且由单个的二氧化锰空心管自组装而组成。该纳米材料表现出了良好的电容性和稳定性。在1M硫酸钠电解液中，扫速为1mVs-1的条件下，该材料的比电容值为254.6F g-1。在电流密度为1.0Ag-1的条件下，充放电循环1000次后比电容值仍保持为初始值的97.5%。这表明其具备用作高性能超级电容器的电极材料的潜能。
【关键词】：石墨烯 导电聚合物 金属氧化物 超级电容器
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM53;O613.71
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 前言9-11
• 1.1.1 传感器10
• 1.1.2 电催化10
• 1.1.3 锂离子电池10-11
• 1.1.4 超级电容器11
• 1.2 石墨烯复合材料的制备方法11-12
• 1.2.1 以氧化石墨烯（GO）为前驱体的制备方法11
• 1.2.2 以石墨烯为前驱体的制备方法11-12
• 1.3 石墨烯复合材料在超级电容器中的应用12-16
• 1.3.1 超级电容器的简介12
• 1.3.2 超级电容器的结构、分类和工作原理12-15
• 1.3.3 石墨烯/导电聚合物复合材料超级电容器中的应用15-16
• 1.3.4 石墨烯/金属氧化物复合材料超级电容器中的应用16
• 1.4 本论文的主要工作和创新点16-18
• 第二章 石墨烯/聚苯胺/ MCM-41 复合材料的制备及其在超级电容器上的应用18-28
• 2.1 前言18-19
• 2.2 实验部分19-21
• 2.2.1 实验材料19
• 2.2.2 制备聚苯胺/MCM-41 复合材料19-20
• 2.2.3 制备石墨烯/聚苯胺/MCM-41 复合材料20
• 2.2.4 制备石墨烯/聚苯胺复合材料20
• 2.2.5 制备修饰电极20
• 2.2.6 表征20-21
• 2.3 结果讨论21-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 一步水热法合成形貌可控二氧化锰/石墨烯复合材料及其在超级电容器中的应用28-40
• 3.1 前言28-30
• 3.2 实验部分30-31
• 3.2.1 实验材料30
• 3.2.2 制备不同形貌的二氧化锰/石墨烯复合材料30
• 3.2.3 制备修饰电极30-31
• 3.2.4 表征31
• 3.3 结果讨论31-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 空心海胆状二氧化锰及其在超级电容器中的应用40-48
• 4.1 前言40-41
• 4.2 实验部分41-42
• 4.2.1 制备样品材料41-42
• 4.2.2 制备修饰电极42
• 4.2.3 表征42
• 4.3 结果讨论42-47
• 4.4 本章小结47-48
• 参考文献48-61
• 附录 攻读硕士学位期间发表论文情况61-62
• 致谢62

【共引文献】

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本文编号：270737