胺基化石墨烯量子点二氧化钛纳米管复合材料的制备及其电容性能研究

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1、中图分类号：069单位代号：10280密级：公开学号：12721855硕士学位论文SHANGHAIUNIVERSITYMASTER’SDISSERTATION胺基化石墨烯量子点/二氧题化钛纳米管复合材料的制目备及其电容性能研究作者李翠学科专业应用化学导师李珍研究员完成日期2015年05月上海大学硕士毕业论文上海大学本论文经答辩委员会全体委员审查,确认符合上海大学硕士学位论文质量要求。答辩委员会签名：主任：委员：导师：答辩日期：II上海大学硕士毕业论文原创性声明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中特别加以标注

2、和致谢的地方外，论文中不包含其它人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其它同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：本论文使用授权说明本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期：III上海大学硕士毕业论文上海大学工学硕士学位论文胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管复合材料的制备及电容性能研究姓名：李翠导师：李珍研究员学科专业：应用化学上海大学环

3、境与化学工程学院2015年05月IV上海大学硕士毕业论文ADissertationSubmittedtoShanghaiUniversityfortheDegreeofMasterinEngineeringPreparationandCapacitivePerformanceofCompositeMaterialsofAmine-FunctionalizedGrapheneQuantumDots/TiO2NanotubeArraysMA.Candidate:CuiLiSupervisor:Prof.ZhenLiMajor:Applie

4、dChemistrySchoolofEnvironmentalandChemicalEngineering,ShanghaiUniversityMay,2015V上海大学硕士毕业论文摘要超级电容器是介于传统电容器和电池之间的新型储能器件，具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等特点，在混合动力汽车、电信通讯、军事等领域有着广阔的应用市场。与电池相比，超级电容器具有高的功率密度，但是它低的能量密度限制其应用，因此开发出高能量密度、高功率密度且使用寿命长的超级电容器是目前研究的热点。石墨烯量子点具有小尺寸组装优势、高导电性、高比表面积、

5、高的化学稳定性和丰富的官能团等特性，可以作为高活性物质应用于超级电容器领域。本文中我们采用一种新颖的自下而上碱催化水相分子融合法，制备出比表面积大、稳定性高、导电性和水溶性好的胺基化石墨烯量子点，其表面带有大量的氧化还原活性位。我们将真空退火处理后具有高导电性的二氧化钛纳米管阵列作为三维导电基底，采用电泳沉积技术，将胺基化石墨烯量子点负载到二氧化钛纳米管上，制备出具有高比容量、高能量密度、高功率密度和循环稳定性好的胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管阵列超级电容器。本论文的研究内容主要包括以下三个方面：1.功能化石墨烯量子点/二氧化钛纳

6、米管阵列复合材料的制备及其电化学性能研究。利用碱催化水相分子融合法分别制备羟基化石墨烯量子点和胺基化石墨烯量子点两种石墨烯量子点，通过TEM、Raman、IR等对功能化石墨烯量子点表征。采用电泳沉积技术，分别将两种石墨量子点沉积到二氧化钛纳米管阵列上，在三电极体系下测试它们的电化学性能。通过比较其电容性能，我们选择胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管阵列作为高活性物质进行研究。进一步优化了制备胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管的实验条件，改变电泳沉积条件以及退火温度，选择3V为最佳的沉积电压，150℃温度3h为最优退火条件。2.组装胺基

7、化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管阵列对称型超级电容器及其电容性能研究。通过对胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管电极材料进行SEM、EDS、XPS等测试分析，说明已经成功将石墨烯量子点负载到二氧化钛纳米管上。将制备的电极组装成对称型超级电容器，分别使用1MH2SO4溶液和H3PO4-PVA凝胶电解质，研究胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管对称型超级电容器的电VI上海大学硕士毕业论文容性能。在1MH2SO4溶液体系下，负载时间为1h制备的胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管电极在0.5A/g电流密度下，比容量为595F/g，超过石墨烯的理论容

8、量550F/g，组装的超级电容器具有较高的能量密度21.8Wh/kg，在实际应用中可以将工作电压2V的红色LED灯和工作电压3V的绿色LED灯点亮。同时在10A/g电流密度下，循环10000次后，该超级电容器的比容量保留