电化学插层制备3D石墨烯及其电化学性能研究

发布时间：2021-09-23 11:07

　　超级电容器作为一种成熟的能量存储装置,已经在电子、运输、能源再生和航天航空领域都有了广泛的应用。超级电容器按照存储电荷的机理不同,可以分为双电层电容器、赝电容电容器以及二者的混合型电容器。双电层电容器的电容主要依靠电极材料表面提供,但材料比表面积有限。赝电容电容器主要依靠法拉第氧化还原来提供,赝电容电容器所提供的比电容远远大于双电层电容,但自身导电性低、循环稳定性差。如何最大限度的发挥两者的优点是目前超级电容器电极材料所面临的挑战和迫切要解决的问题。石墨烯具有较特殊的纳米结构及诸多优异的性能,使其已经在光学、电子学、生物医学、储能、传感器、及磁性等诸多领域显示出了巨大的应用潜能。但是石墨烯的制备一直存在易团聚的问题,因此寻找避免团聚的石墨烯制备方法迫在眉睫。为了解决石墨烯易团聚的问题并结合双电层电容器与赝电容电容器的优点,本文采用一步电化学插层方法与两步电化学插层方法制备石墨烯。一步电化学插层法和两步电化学插层法的插层电解液均选取H₂SO₄体系（50%H₂SO₄）、Lignin体系（50%H

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

不同电化学储能系统的Ragone图

石墨烯的概述.1 石墨烯的结构与性能在 2004 年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆(Andre Geim)和·诺沃消洛夫(Konstantin Novoselov)[22]发现他们能用一种非常简单的方法越薄的石墨薄片。他们从高定向热解石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以 sp2杂化轨道成键，特点：碳原子有 4 个价电子，其中 3 个电子生成 sp2键，即每个碳原子都位于 pz 轨道上的未成键电子，近邻原子的 pz 轨道与平面成垂直方向可形新形成的 π 键呈半填满状态。研究证实，石墨烯中碳原子的配位数为 3，邻碳原子间的键长为 1.42 10-10m，键与键之间的夹角为 120°。除了 σ碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外，每个碳原子的垂直于层平面可以形成贯穿全层的多原子的大 π 键(与苯环类似)。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文的光学特性，在较宽波长范围内吸收率约为 2.3%，看上去几乎是透明的。在石墨烯厚度范围内，厚度每增加一层，吸收率增加 2.3 %[23, 24]。.3.2 石墨烯的制备方法石墨烯作为一种具备多个优异特性的新型材料，其研究的首要问题就是如备这种材料。目前常见的石墨烯制备方法主要包括机械剥离法、石墨氧化还原学气相沉积法、弧放电法、球磨法、溶剂辅助剥离法以及化学合成法等。表 出了常用制备石墨烯的方法及优缺点。机械剥离法是最早提出并成功制备高质量单晶石墨烯的方法。2004 年，G Novoselov 等人首次采用机械剥离法(胶带反复粘贴高温定向裂解石墨)成功分石墨烯，如图 1-6 所示。但是该方法石墨烯产率较低，因此并不适用于大规模化应用。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent advances in graphene-based planar micro-supercapacitors for on-chip energy storage[J]. Zhong-Shuai Wu,Xinliang Feng,Hui-Ming Cheng.  National Science Review. 2014(02)



本文编号：3405594