石墨烯和石墨纸在电催化氧还原和超级电容器中的应用

发布时间：2022-02-15 00:45

　　近年来,由于能源危机与环境污染问题日益严重,发展可再生能源迫在眉睫,其中能量的转换与储存装置是关键。燃料电池和超级电容器在能量的转换与储存中有良好的应用前景,但是燃料电池阴极氧还原反应速率低、超级电容器能量密度低仍然是其发展的瓶颈。在本论文中,我们用简单的电化学方法,制备了硫/氮共掺杂的石墨烯,并将其应用于燃料电池氧还原反应的催化中;还制备了电化学氧化、化学还原的石墨纸,并将其用作柔性超级电容器电极材料。通过电化学剥离,以三聚氰胺和硫酸铵混合溶液为电解质溶液,一步合成硫/氮共掺杂石墨烯,可用作高效氧还原催化剂。在合成过程中,三聚氰胺和硫酸铵共同作为电解质,既提高了石墨棒剥离的效率,又为原位掺杂石墨烯提供了氮源和硫源。结果表明,氮元素和硫元素均匀地分布在整个石墨烯纳米片中,产物较原始石墨具有更大的层间距和更高的缺陷密度。硫/氮共掺杂石墨烯在催化氧还原反应中展现出良好的催化活性,起始电位为0.88 V,且遵循高效的四电子转移机制（电位为0.5 V时电子转移数为3.98）。另外,该样品还有优异的稳定性和甲醇耐受性,具有很好的应用前景。另外,以硫酸和硝酸的混合溶液做电解质,对石墨纸进行电化学氧... 

【文章来源】：青岛大学山东省

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
引言
第一章 文献综述
    1.1 石墨烯的概述
        1.1.1 石墨烯的发展
        1.1.2 石墨烯的结构
        1.1.3 石墨烯的性能
        1.1.4 石墨烯的制备
            1.1.4.1 机械剥离法
            1.1.4.2 液相剥离法
            1.1.4.3 氧化还原法
            1.1.4.4 化学气相沉积法
            1.1.4.5 球磨法
            1.1.4.6 电化学剥离法
    1.2 电催化氧还原反应的研究现状
        1.2.1 氧还原反应的研究背景
        1.2.2 氧还原反应的机理
        1.2.3 氧还原反应的催化剂主要类型
            1.2.3.1 贵金属催化剂
            1.2.3.2 金属-氮-碳催化剂
            1.2.3.3 无金属催化剂
        1.2.4 无金属催化剂的合成方法
            1.2.4.1 热退火处理法
            1.2.4.2 溶剂热处理法
            1.2.4.3 水热处理法
    1.3 超级电容器研究现状
        1.3.1 超级电容器的研究背景
        1.3.2 超级电容器的能量储存机理
            1.3.2.1 双电层电容器
            1.3.2.2 赝电容器
        1.3.3 超级电容器的电极材料
            1.3.3.1 碳基材料
            1.3.3.2 过渡金属氧化物
            1.3.3.3 导电聚合物
    1.4 本课题研究目的和意义
第二章 一步电化学法原位合成硫/氮共掺杂的石墨烯在催化氧还原反应中的应用
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂与仪器
        2.2.2 实验方法与步骤
            2.2.2.1 硫/氮共掺杂石墨烯的合成
            2.2.2.2 电化学实验测试
        2.2.3 实验结果与讨论
    2.3 结论
第三章 可扩展制备电化学氧化部分还原的石墨纸电极用于柔性高倍率性能固态电容器
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂与仪器
        3.2.2 实验方法与步骤
            3.2.2.1 电化学氧化石墨纸
            3.2.2.2 组装全固态超级电容器
            3.2.2.3 组装全固态超级电容器
        3.2.3 实验结果与讨论
            3.2.3.1 不同氧化处理石墨纸的制备和表征
            3.2.3.2 不同氧化处理石墨纸的电化学性能表征
            3.2.3.4 固态超级电容器的电化学性能表征
    3.3 结论
结论与展望
参考文献
攻读学位期间的研究成果
攻读学位期间的奖励情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Carbon-based supercapacitors for efficient energy storage[J]. Xuli Chen,Rajib Paul,Liming Dai.  National Science Review. 2017(03)



本文编号：3625572