电化学沉积石墨烯及其电容特性研究

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1、学校代码10530学号201110071206分类号O469密级公开硕士学位论文电化学沉积石墨烯及其电容特性研究学位申请人刘学军指导教师祁祥副教授学院名称材料与光电物理学院学科专业物理学研究方向纳米材料的制备与物性二○一四年五月万方数据ElectrochemicallyreducedgrapheneoxideanditsuseforsupercapacitorsCandidateXuejunLiuSupervisorAssociateProfessorQiXiangCollegeFacultyofMaterialandPhoto

2、electronicPhysicsProgramPhysicsSpecializationSynthesisandPropertiesofNanomaterialsDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateMay2014万方数据湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以

3、明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据摘要作为一种由碳原子以sp2杂化轨道构成的单层片状结构的新材料，在光电子学器件、超级电容器和

4、电池等方面有着广大的应用前景。在本文中，我们首先通过电化学的方法制备石墨烯及其衍生物。相较于其他方法而言，电化学方法制备石墨烯不需要额外的还原剂，还原过程主要是通过氧化石墨和电极之间的电子的传递进行。因此，它可以避免使用有毒的还原剂，也不会在产物中引入副产物。随后我们对所制备的石墨烯及其衍生物的结构进行表征，并研究其在超级电容器方面的应用。具体研究内容如下：1)通过电化学的方法将石墨烯还原并直接沉积到金属电极上，通过对沉积产物的傅里叶变换红外光谱数据和拉曼数据的分析，可以看出氧化石墨烯在电极上被有效的还原。从样品的扫描电子显微镜

5、图中可以发现，制备的石墨烯薄膜为多孔-2结构。所制备的石墨烯电极在电流密度为0.5mAcm时的比容量最为126.4F-1-1-1g。在循环伏安测试中，当扫描速率从10mVs增加到1000mVs时，石墨烯-1-1电极的比电容下降为初始值的66.9%，从131.6Fg下降88Fg，而且石墨烯在不同的扫描速率条件下的循环伏安曲线都呈现出很好的矩形，这说明电化学沉积得到的石墨烯薄膜具有优异的倍率性能。2)采用简单可控的电化学方法来制备石墨烯水凝胶，水凝胶呈现明显的多孔结构，从而可以促进电子和离子在电极内的传输。水凝胶作为超级电容器的电极

6、，-1-1在扫描速率在200mVs和3000mVs的扫描速率内，循环伏安曲线都表现出类矩形的特点，这说明在电极界面处电荷的扩散服从双电层机制。3)通过采用一步电化学方法，共沉积得到了石墨烯/硫化镍复合结构。在沉积过程中，电极附近的氧化石墨烯失去其亲水性并沉积在电极上，与此同时，硫化镍也被沉积在电极上并与石墨烯结合形成复合结构。从循环伏安曲线和恒电流充放电曲线中可以看出，复合材料显示出明显的法拉第准电容特性。在前500次循环充放电过程中，复合材料的比容量下降了35.5%，而在后1500次循环充放电过程中，复合材料的比容量仅仅下降了

7、4.6%，显示出了良好的循环稳定性。关键词：电化学还原氧化石墨烯；复合材料；双电层机制；拉法第准电容特性；超级电容器I万方数据湘潭大学硕士毕业论文AbstractGraphene,aone-atom-thick2Dsinglelayerofsp2-bondedcarbon,hasemergedasanewclassofpromisingmaterials,whichareattractiveforpotentialapplicationsinphotonics,optoelectronics,supercapacitorsand

8、batteries.Inthispaper,grapheneanditsderivativesarefabricatedviaasimpleelectrochemicalprocess.Theprocessrequiresnospecialchemicalage