石墨烯量子点_聚苯胺复合材料制备及电化学性能研究

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1、影薰V⊥s∫翥鳞鼬IOI:鼬0Ⅰ:鲁鹭犁彗s:谨QgOgⅠ8厶Ιfι色△黟圜噩鹦平搬黪鬲翳畚蓦删:肓詈晨号刍§寻Fi未暑鼍耋趸〖『〗帚∶:∷圄〓〓〓〓〓〓〓〓〓亠〓〓〓〓'·∷〓〓冖〓〓〓一艹∷`一图书分类号TQ15密级非密注UDC硕士学位论文石墨烯量子点/聚苯胺复合材料制备及电化学性能研究靳健丽指导教师（姓名、职称）孙友谊教授申请学位级别工学硕士专业名称材料科学与工程论文提交日期2018年04月10日论文答辩日期2018年05月28日学位授予日期________年______月______日论文评阅人李天保副教授张丛筠副教授答辩委员会主席马国章教授2018

2、年05月31日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类原创性声明本人郑重声明∶所呈交的学位论文,是本人在指导教师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。淑储锦∶跚∶蚓⒏″∫关于学位论文使用权的说明∶本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定,其中包括①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件;②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文;③学校可允许学位论文被查

3、阅或借阅;④学校可以学术交流为目的,复制赠送和交换学位论文;⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后·遵守此规定)。导师签名∶中北大学学位论文石墨烯量子点/聚苯胺复合材料制备及电化学性能研究摘要随着化石燃料供应量的减少和环境污染的加剧,高效储能设备的需求量也逐渐增多,新的能量存储系统已经被开发用于多种应用。超级电容器(SC)由于具有质量轻、灵活容易携带、长期循环寿命、运行安全、高功率密度和快速充电的独特特性,已经作为最有前途的储能装置类型之一。石墨烯量子点(GQDs)由于其独特的量子限域效应和边缘效应、优异的光学性能、良好的溶解性等优点，

4、使得石墨烯量子点可以解决石墨烯由于尺寸大、溶解性不好、容易团聚等缺点引起的在超级电容器方面的应用限制。本论文主要开展了以下内容：(1)以柠檬酸为碳源、尿素为氮源采用溶液化学法制备了石墨烯量子点，并对它的的结构进行了表征与分析。通过FT-IR、Raman分析能够得到制备的石墨烯量子点表面含有大量的含氧官能团，它的表面结构存在缺陷，这种缺陷结构有利于电子的传送和通过。TEM测试结果显示，制备的石墨烯量子点尺寸分布均匀，集中在3~5nm之间，晶面间距为0.35nm，是石墨的(002)晶面间距，与XRD测试结果相一致。通过XPS测试发现制备的石墨烯量子点中含有碳、氮

5、、氧、氢元素，其中C/O和C/N的原子比为6.48和7.95。(2)通过原位聚合法一步合成了石墨烯量子点/聚苯胺(GQDs/PANI)复合材料，主要研究了GQDs添加量对GQDs/PANI结构和电化学性能的影响。通过研究发现：由于GQDs具有缺陷结构，当往PANI中加入GQDs时，GQDs/PANI复合材料也表现出一定的缺陷结构，且随着GQDs含量的增加，这种缺陷程度也逐步加强；通过SEM表征发现，制备的PANI为纳米纤维结构，这种结构具有较大的纵横比和比表面积，纤维之间有许多的间隙，有利于离子的扩散和迁移；TEM测试结果显示：GQDs掺杂在聚苯胺纤维中，证

6、明了GQDs/PANI复合材料的成功制备。电化学测试表明：随着GQDs含量的增加，GQDs/PANI复合材料的比电容逐渐增加，电化学性能得到提高。当GQDs含量为40%时，在相同测试条件下，它的比电容最好，在1000次的充/放电之后，电容保持率仍为80%。中北大学学位论文(3)以二氧化锰为模板，通过原位聚合法一步合成了石墨烯量子点/聚苯胺包裹二氧化锰的石墨烯量子点/聚苯胺/二氧化锰(GQDs/PANI/MnO2)三元复合材料，主要研究了MnO2含量对GQDs/PANI/MnO2结构和电化学性能的影响。通过研究发现：当An-MnO2的质量比为1:1时，GQDs

7、/PANI/MnO2的电化学性能最好。关键词：石墨烯量子点，聚苯胺，二氧化锰，超级电容器中北大学学位论文PreparationandElectrochemicalPerformanceofGrapheneQuantumDots/PolyanilineCompositesAbstractWiththereductioninthesupplyoffossilfuelsandtheintensificationofenvironmentalpollution,thedemandforhigh-efficiencyenergystorageequipmenthasa

8、lsograduallyincreased.Newe