功能化石墨烯基材料的制备及电化学性能研究
发布时间：2021-07-22 20:48
超级电容器是循环寿命长,低成本和环保的新型能源储存系统,进一步开发高效的超级电容器已经成为一个新兴的研究课题,超级电容器作为储能器件的实际应用更是受到了广泛的研究。超级电容器的性能取决于它的电极材料,提升储能空间的核心就是探索新型电极材料。获得兼具高电容量和优异稳定性的电极材料是目前研究的重点和难点。石墨烯是一种新发现的碳材料,具有极高的比表面积和高导电率等一系列优异的性能,是当下最有希望成为制作超级电容器电极的理想材料。但是,受困于强的层间范德华力引起的粘附,石墨烯片层的性能被严重抑制。本论文的研究重点就是利用功能化手段改善化学衍生的石墨烯片层间的堆积问题,得到性能良好且结构稳定的石墨烯基电极材料。本文首先通过Hummers法制得大面积高品质的氧化石墨烯,在此基础上,通过调控试验条件和方法,获得不同的功能化石墨烯基材料。利用原位聚合法,通过改变溶剂的水醇比例,考察乙醇在氧化石墨烯与吡咯单体共混时的作用,探究其对石墨烯/聚吡咯复合材料的形貌和结构的影响。通过分析发现聚吡咯十分均匀的结合在石墨烯片层上。分析证明在少量乙醇作用时,它能够使吡咯单体与GO完成结合过程,而且促进聚吡咯分布的均匀...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石墨烯是其他维度碳材料的基础二维材料[9]
图 1-2 超级电容器的三种类型：（a）双电层电容器；（b）赝电容电容器；（c）混合电容器[37]Fig. 1-2. Schematic representation of supercapacitor types: (a) EDLC type; (b) pseudocapacitortype; (c) hybrid capacitor type[37]（1）双电层电容器双电层电容器（EDLC）依赖于具有大比表面积的电极材料，在电极-电解质界面处形成非法拉第静电作用双电层被称为双电层电容器。在两个电极上施加电场后，电极上的正、负电场分别吸引电解液中带相反电荷的离子形成电荷层，从而建立双电层，实现电荷的存储[38]。EDLC 通过在电极表面上的可逆离子吸附将电能存储在电解质/电极界面处，而且通过电子导体和电子导体之间的电解质贡献双电层离子导体。在负极处，在外部电荷充电期间接收到的负电荷与电解质阳离子的正电荷平衡，电荷阳离子会积聚在电极材料的表面上和孔隙内，反之亦然。这种储能机制允许大电流快速得充放电，但其容量受限于电极材料的有效比表面积，因此通常能量密度不高。双电层电容器具有充放电速度快，功率密度高，循
干燥完成后即得到水醇比为 9:1 的氧化石墨烯/聚吡咯（GO/PPy）复合物。3.3.2 还原氧化石墨烯/聚吡咯复合材料的制备取 0.3 g 上述 PPy/GO 复合物分散于 150 mL 去离子水中，加人 0.5 g 十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)后超声 2 h。在过程中配制 30 mL NaBH4溶液(含 0.5 gNaBH4)，超声完成后将 NaBH4溶液逐滴缓慢加入到溶液中，在持续磁力搅拌的条件下反应 12 h。将获得的悬浮液过滤，洗涤，随后将反应产物用抽滤器抽滤，再用水和乙醇洗涤多次后，后置于 60 ℃干燥箱中干燥 24 h，即得到溶剂水醇比为9:1 的还原氧化石墨烯/聚吡咯（rGO/PPy）复合物。采取上述氧化石墨烯/聚吡咯复合材料的制备步骤依次制备水醇比为 10:0、8:2 和 7:3 的 GO/PPy 复合物并用 NaBH4做还原剂进行还原即得不同水醇比的rGO/PPy 复合材料作对照实验。3.4 结果与讨论3.4.1 氧化石墨烯的表征
【参考文献】：
期刊论文
[1]乙醇和水的体积比对PPy的微观形貌及导电性的影响研究[J]. 崔静,翟晶,胡书春,李燕斌,肖达,蒋彦嫚,张弦笛,韩洪川. 化工新型材料. 2015(09)
[2]The Effect of Thermal Exfoliation Temperature on the Structure and Supercapacitive Performance of Graphene Nanosheets[J]. Haiyang Xian,Tongjiang Peng,Hongjuan Sun,Jiande Wang. Nano-Micro Letters. 2015(01)
本文编号：3297867
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石墨烯是其他维度碳材料的基础二维材料[9]
图 1-2 超级电容器的三种类型：（a）双电层电容器；（b）赝电容电容器；（c）混合电容器[37]Fig. 1-2. Schematic representation of supercapacitor types: (a) EDLC type; (b) pseudocapacitortype; (c) hybrid capacitor type[37]（1）双电层电容器双电层电容器（EDLC）依赖于具有大比表面积的电极材料，在电极-电解质界面处形成非法拉第静电作用双电层被称为双电层电容器。在两个电极上施加电场后，电极上的正、负电场分别吸引电解液中带相反电荷的离子形成电荷层，从而建立双电层，实现电荷的存储[38]。EDLC 通过在电极表面上的可逆离子吸附将电能存储在电解质/电极界面处，而且通过电子导体和电子导体之间的电解质贡献双电层离子导体。在负极处，在外部电荷充电期间接收到的负电荷与电解质阳离子的正电荷平衡，电荷阳离子会积聚在电极材料的表面上和孔隙内，反之亦然。这种储能机制允许大电流快速得充放电，但其容量受限于电极材料的有效比表面积，因此通常能量密度不高。双电层电容器具有充放电速度快，功率密度高，循
干燥完成后即得到水醇比为 9:1 的氧化石墨烯/聚吡咯（GO/PPy）复合物。3.3.2 还原氧化石墨烯/聚吡咯复合材料的制备取 0.3 g 上述 PPy/GO 复合物分散于 150 mL 去离子水中，加人 0.5 g 十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)后超声 2 h。在过程中配制 30 mL NaBH4溶液(含 0.5 gNaBH4)，超声完成后将 NaBH4溶液逐滴缓慢加入到溶液中，在持续磁力搅拌的条件下反应 12 h。将获得的悬浮液过滤，洗涤，随后将反应产物用抽滤器抽滤，再用水和乙醇洗涤多次后，后置于 60 ℃干燥箱中干燥 24 h，即得到溶剂水醇比为9:1 的还原氧化石墨烯/聚吡咯（rGO/PPy）复合物。采取上述氧化石墨烯/聚吡咯复合材料的制备步骤依次制备水醇比为 10:0、8:2 和 7:3 的 GO/PPy 复合物并用 NaBH4做还原剂进行还原即得不同水醇比的rGO/PPy 复合材料作对照实验。3.4 结果与讨论3.4.1 氧化石墨烯的表征
【参考文献】：
期刊论文
[1]乙醇和水的体积比对PPy的微观形貌及导电性的影响研究[J]. 崔静,翟晶,胡书春,李燕斌,肖达,蒋彦嫚,张弦笛,韩洪川. 化工新型材料. 2015(09)
[2]The Effect of Thermal Exfoliation Temperature on the Structure and Supercapacitive Performance of Graphene Nanosheets[J]. Haiyang Xian,Tongjiang Peng,Hongjuan Sun,Jiande Wang. Nano-Micro Letters. 2015(01)
本文编号：3297867
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