电化学沉积石墨烯及其电容特性研究

发布时间：2017-04-09 01:26

  本文关键词：电化学沉积石墨烯及其电容特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为一种由碳原子以sp2杂化轨道构成的单层片状结构的新材料，在光电子学器件、超级电容器和电池等方面有着广大的应用前景。在本文中，我们首先通过电化学的方法制备石墨烯及其衍生物。相较于其他方法而言，电化学方法制备石墨烯不需要额外的还原剂，，还原过程主要是通过氧化石墨和电极之间的电子的传递进行。因此，它可以避免使用有毒的还原剂，也不会在产物中引入副产物。随后我们对所制备的石墨烯及其衍生物的结构进行表征，并研究其在超级电容器方面的应用。具体研究内容如下： 1)通过电化学的方法将石墨烯还原并直接沉积到金属电极上，通过对沉积产物的傅里叶变换红外光谱数据和拉曼数据的分析，可以看出氧化石墨烯在电极上被有效的还原。从样品的扫描电子显微镜图中可以发现，制备的石墨烯薄膜为多孔结构。所制备的石墨烯电极在电流密度为0.5mA cm-2时的比容量最为126.4Fg-1。在循环伏安测试中，当扫描速率从10mV s-1增加到1000mV s-1时，石墨烯电极的比电容下降为初始值的66.9%，从131.6F g-1下降88F g-1，而且石墨烯在不同的扫描速率条件下的循环伏安曲线都呈现出很好的矩形，这说明电化学沉积得到的石墨烯薄膜具有优异的倍率性能。 2)采用简单可控的电化学方法来制备石墨烯水凝胶，水凝胶呈现明显的多孔结构，从而可以促进电子和离子在电极内的传输。水凝胶作为超级电容器的电极，在扫描速率在200mV s-1和3000mV s-1的扫描速率内，循环伏安曲线都表现出类矩形的特点，这说明在电极界面处电荷的扩散服从双电层机制。 3)通过采用一步电化学方法，共沉积得到了石墨烯/硫化镍复合结构。在沉积过程中，电极附近的氧化石墨烯失去其亲水性并沉积在电极上，与此同时，硫化镍也被沉积在电极上并与石墨烯结合形成复合结构。从循环伏安曲线和恒电流充放电曲线中可以看出，复合材料显示出明显的法拉第准电容特性。在前500次循环充放电过程中，复合材料的比容量下降了35.5%，而在后1500次循环充放电过程中，复合材料的比容量仅仅下降了4.6%，显示出了良好的循环稳定性。
【关键词】：电化学还原氧化石墨烯 复合材料 双电层机制 拉法第准电容特性 超级电容器
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O613.71;O646
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 引言9-10
• 1.2 石墨烯的制备10-15
• 1.2.1 微机械剥离法10
• 1.2.2 化学气相沉积法10-11
• 1.2.3 外延生长法11-12
• 1.2.4 溶剂剥离法12-13
• 1.2.5 氧化还原法13-15
• 1.3 石墨烯的应用15-16
• 1.3.1 电化学分析15
• 1.3.2 锂离子电池15-16
• 1.3.3 超级电容器16
• 1.4 超级电容器概述16-20
• 1.4.1 超级电容器的特点17
• 1.4.2 超级电容器的分类17-19
• 1.4.3 超级电容器电极材料的研究进展19-20
• 1.5 本论文的目的、意义和主要内容20-21
• 1.5.1 研究目的和意义20
• 1.5.2 研究内容20-21
• 第2章 实验材料及方法21-25
• 2.1 实验材料21-22
• 2.1.1 实验试剂21
• 2.1.2 实验设备21-22
• 2.2 氧化石墨的制备22-23
• 2.3 电化学性能测试方法23-25
• 2.3.1 循环伏安测试23
• 2.3.2 恒电流充放电测试23
• 2.3.3 电化学阻抗谱分析23-25
• 第3章 电化学沉积石墨烯薄膜及其电容性能研究25-37
• 3.1 引言25-26
• 3.2 实验部分26-27
• 3.2.1 石墨烯电极的制备26
• 3.2.2 石墨烯的形貌表征及性能测试26-27
• 3.3 结果与分析27-35
• 3.3.1 电化学生成的石墨烯的形貌表征27-29
• 3.3.2 电化学生成石墨烯的条件优化29-31
• 3.3.3 石墨烯电极的性能测试31-35
• 3.4 本章小结35-37
• 第4章 石墨烯衍生物的制备及其电容性能的研究37-46
• 4.1 引言37-38
• 4.2 实验部分38-39
• 4.2.1 石墨烯衍生物的制备38
• 4.2.2 石墨烯衍生物的形貌表征及性能测试38-39
• 4.3 结果与分析39-45
• 4.3.1 水凝胶的表征及性能测试39-42
• 4.3.2 石墨烯/硫化镍复合材料的表征及性能测试42-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 总结与展望46-48
• 5.1 总结46
• 5.2 展望46-48
• 参考文献48-53
• 致谢53-54
• 攻读硕士学位期间发表的论文54

【共引文献】

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本文编号：294158