杂原子掺杂石墨烯水凝胶及其复合材料的电化学性能研究

发布时间：2023-09-21 20:26

　　石墨烯因其大的理论比表面积,良好的导热导电性和优异的机械性能,被认为是用作超级电容器的理想电极材料,但石墨烯单纯的双电层电容,以及单层片状结构易发生团聚、堆叠而导致其表面积减小,离子导电率降低,限制了其性能的发挥。将石墨烯片层组装成三维立体结构可以有效克服石墨烯堆叠和团聚的缺点,增加其比表面积。同时对石墨烯进行杂原子掺杂可有效调控石墨烯的物化特性,改善石墨烯的电子结构,提高石墨烯的导电率和氧化还原活性,这是目前提高石墨烯电化学性能的两个主要途径。本文利用自制的氧化石墨(GO)为原料,水热还原合成三维石墨烯水凝胶,利用氮、硫、磷等杂原子掺杂改性三维石墨烯,分析比较了不同类型石墨烯材料的微观结构和电化学性能。重点研究了掺杂磷含量、不同磷源对石墨烯电化学性能的影响,并与纳米结构的聚苯胺复合,以期得到具有优异电化学性能的电极材料。主要研究内容如下:(1)以氧化石墨为原料,利用尿素、对甲苯磺酸、植酸等为氮源、硫源、磷源,采取水热法分别制备了三维还原氧化石墨烯水凝胶(RGO)和氮、硫、磷等杂原子掺杂的三维还原氧化石墨烯水凝胶(RGN、RGS和RGP),分别测试了GO、RGO、RGN、RGS和RGP...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 超级电容器
    1.3 三维石墨烯在超级电容器中的应用
    1.4 杂原子掺杂石墨烯电极材料的制备和应用
        1.4.1 氮原子掺杂石墨烯
        1.4.2 硫原子掺杂石墨烯
        1.4.3 磷原子掺杂石墨烯
    1.5 石墨烯复合材料的制备和应用
    1.6 本课题的研究意义和主要内容
第2章 氮、硫、磷掺杂三维石墨烯水凝胶的制备及电化学性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂与仪器
        2.2.2 材料的制备
    2.3 材料的表征方法和电化学测试技术
        2.3.1 结构表征
        2.3.2 材料的电化学测试
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 材料的表征
        2.4.2 电极材料的电化学性能测试
    2.5 本章小结
第3章 磷掺杂三维石墨烯水凝胶的制备及电化学性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂与仪器
        3.2.2 材料的制备
    3.3 材料的表征方法和电化学测试技术
        3.3.1 结构表征
        3.3.2 材料的电化学测试
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 不同掺杂剂磷原子掺杂三维石墨烯水凝胶的结构与电化学性能分析
        3.4.2 植酸为掺杂剂的磷原子三维石墨烯水凝胶的结构与电化学性能分析
    3.5 本章小结
第4章 氮、硫、磷掺杂石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及电化学性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验试剂与仪器
        4.2.2 材料的制备
    4.3 材料的表征方法和电化学测试技术
        4.3.1 结构表征
        4.3.2 材料的电化学测试
    4.4 结果与讨论
        4.4.1 聚苯胺纳米管的结构与电化学性能分析
        4.4.2 杂原子掺杂三维石墨烯/聚苯胺纳米管的结构与电化学性能分析
    4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
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本文编号：3848337