石墨烯复合材料的可控制备及其电容性能的研究

发布时间：2018-03-23 08:32

  本文选题：石墨烯　切入点：金属氧化物　出处：《南京邮电大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：本论文主要合成了不同的超级电容器活性电极材料,包括石墨烯/金属氧化物和石墨烯/导电聚合物复合材料。此外,利用扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的形貌进行了观察,同时结合傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X-射线光电子能谱(XPS)、粉末X-射线衍射(XRD)和紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱等对复合材料的结构和组成成分进行了表征,并研究了这些材料的电化学性能。论文主要研究内容如下:1.通过静电自组装法,制备得到不同形貌的功能化石墨烯/二氧化锰复合材料,并详细讨论了其形成机理。从扫描电镜图可以看到,不同形貌纳米结构的二氧化锰均匀地分布在石墨烯的表面。此外,制备得到的石墨烯/二氧化锰复合材料可用作超级电容器的电极材料。实验结果表明,在电流密度为1.0 A·g-1的条件下,相比于石墨烯/二氧化锰(纳米线状)复合物(比电容值为318 F·g-1),石墨烯/二氧化锰(花状纳米球)复合物(比电容值为405 F·g-1)表现出更好的电容性能。石墨烯和二氧化锰的协同效应赋予了复合材料高比电容的电化学性能。此外,石墨烯/二氧化锰(花状纳米球)复合物表现出了快速充/放电性能和持久的循环稳定性。2.通过一步水热法成功制备不同形貌的石墨烯/聚苯胺纳米复合物。在超声的辅助下,调整苯胺单体的用量可得到由纳米线状到纳米锥状不同形貌的聚苯胺。通过结合石墨烯的高导电性和聚苯胺的赝电容性的优点,制得不同形貌的石墨烯/聚苯胺纳米复合物,并且可作为超级电容器电极材料应用的一个例子。循环伏安法和恒电流充/放电测试表明该石墨烯/聚苯胺材料有着优异的电化学性能。石墨烯/聚苯胺纳米线状复合物展现出优异的电化学性能,在2m V·s-1的扫速下,其比电容值高达957.1 F·g-1。除此之外,在1.0 A·g-1的电流密度下,石墨烯/聚苯胺纳米线状复合物表现出更优的电化学性能,其比电容值为724.6 F·g-1,而石墨烯/聚苯胺纳米锥状复合物的比电容值则为602.5 F·g-1。石墨烯/聚苯胺纳米线状复合物在恒电流充/放电1000圈之后,比电容仍能保持初始值的90%,表现出了极好的循环稳定性。相对于单独的石墨烯或聚苯胺,石墨烯/聚苯胺纳米复合物的电化学性能有很大的提高,表明其在高性能的超级电容器方面有着广泛的应用。
[Abstract]:In this paper, different active electrode materials for supercapacitors were synthesized, including graphene / metal oxide and graphene / conductive polymer composites. In addition, the morphology of the composite was observed by scanning electron microscopy (SEM). The structure and composition of the composites were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), powder X-ray diffraction (XRD) and UV-Vis-UV absorption spectra. The main contents of this paper are as follows: 1. Functional graphene / manganese dioxide composites with different morphologies were prepared by electrostatic self-assembly method. The formation mechanism is discussed in detail. It can be seen from the SEM that manganese dioxide with different morphologies distributes uniformly on the surface of graphene. The prepared graphene / manganese dioxide composite can be used as electrode material for supercapacitors. The experimental results show that at the current density of 1.0 Ag ~ (-1), Compared with graphene / manganese dioxide (nanowires) composites (with a specific capacitance of 318F g-1a), graphene / manganese dioxide (flower-shaped nanospheres) composites (with a specific capacitance value of 405F g-1) showed better capacitance properties. The synergistic effect of manganese oxide endows the electrochemical performance of the composite with high specific capacitance. The graphene / manganese dioxide (flower-like nanospheres) composites showed rapid charge / discharge properties and durable cyclic stability .2.The graphene / Polyaniline nanocomposites with different morphologies were successfully prepared by one step hydrothermal method. Polyaniline with different morphologies can be obtained by adjusting the amount of aniline monomers. By combining the advantages of high conductivity of graphene and pseudo-capacitance of Polyaniline, different morphologies of graphene / Polyaniline nanocomposites can be obtained. Cyclic voltammetry and constant current charge / discharge measurements show that the graphene / Polyaniline has excellent electrochemical properties. Graphene / Polyaniline nanowires. Like complexes exhibit excellent electrochemical properties, At the scanning speed of 2m V / s-1, the specific capacitance of graphene / Polyaniline nanocomposites was 957.1 F g-1.In addition, the graphene / Polyaniline nanowires exhibited better electrochemical performance at the current density of 1.0 Ag ~ (-1). The specific capacitance of graphene / Polyaniline nanoconical composite was 724.6 F g-1, while the specific capacitance of graphene / Polyaniline nano-cone composite was 602.5 F g-1.The graphene / Polyaniline nanowire composite was charged / discharged for 1000 cycles at constant current. The specific capacitance can still maintain the initial value of 90, showing excellent cyclic stability. Compared with the single graphene or Polyaniline, the electrochemical properties of graphene / Polyaniline nanocomposites have been greatly improved. It is shown that it is widely used in high performance supercapacitors.
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ127.11;TM53

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