氮掺杂石墨烯金属化合物电极材料的制备及其电化学性能研究

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1、暨南大学硕士学位论文题名（中英对照）：氮掺杂石墨烯/金属化合物电极材料的制备及其电化学性能研究PreparationofNitrogen-DopedReducedGrapheneOxide/MetalCompoundElectrodeMaterialsandStudiesofTheirElectrochemicalProperties作者姓名：刘惠娣指导教师姓名及学位、职称：黄浪欢，博士，副教授学科、专业名称：应用化学学位类型：学术学位论文提交日期：论文答辩日期：答辩委员会主席：论文评阅人：学位授予单位和日期：独创性声明本

2、人声明所S交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得暨南大学或其他教育机构的学位或证书而#用讨的材料n与我一同工作的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谢意。学位论文作者签名：j'l兔爲签字曰期：>/jr年Y月>曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解暨南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权暨南大学可

3、以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库讲行检索，可以采弔影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：》'1姚导师签名；签字h期：少

4、r年/月円签字n期：&月R学位论文作者毕业后去向：工作单位：电话：通讯地址：邮编：暨南大学硕士学位论文摘要作为超级电容器的关键部件，电极材料一直是超级电容器领域的研究热点。目前研究的电极材料主要包括碳材料、金属化合物和导电聚合物。由于各种电极材料有着自身的优缺点，因而通过将电极材料复合可以取长补短实现电化学性能的优化。石墨烯自发现以

5、来，由于其优异的物理化学性质受到了材料和化学界的广泛关注。对石墨烯进行氮掺杂，能够调节其电子结构，有效地改进其物理化学性能，拓宽其在超级电容器领域的实际应用。为了获得高比电容量的超级电容器电极材料，本文基于氮掺杂石墨烯与金属化合物之间的协同增效作用，通过利用廉价的原材料和简单的水热法合成系列的氮掺杂石墨烯/金属化合物复合电极材料。探索复合电极材料的形成机理，并研究了电极材料的化学组成、结构和形貌等因素对电化学性能的影响。论文的主要研究内容如下：(1)采用两步水热法，以醋酸镍和尿素分别作为镍源和还原剂及氮源，先合成氮掺杂石墨

6、烯，再以其作为Ni(OH)2的载体，合成氮掺杂石墨烯/氢氧化镍(N-RGO&Ni(OH)2)复合物。对其结构、组成、形貌和电化学性能进行分析，并探究了氮掺杂对复合物形貌的影响机理。结果表明：N-RGO含氧官能团较少，使得Ni2+的成核点减少，更多的Ni2+吸附在较少的成核点，从而通过自组装形成三维花状的N-RGO&Ni(OH)2复合物。由于三维花状的形貌结构以及N-RGO和Ni(OH)2之间的协同作用，N-RGO&Ni(OH)2复合物表现出优异的电化学性能。(2)以尿素和醋酸镍分别作为氮源和镍源，采用一步水热法原位合成了氮

7、掺杂石墨烯/氢氧化镍(N-rGO/Ni(OH)2)复合电极材料。探索了复合电极材料的形成机理，并对其组成、结构、形貌和电化学性能进行了表征。实验表明：在水热条件下，可以同时实现氧化石墨烯的还原和氮掺杂以及氢氧化镍的形成。在氮掺杂作用下，氮掺杂位点特别是吡啶点可作为活性点，从而增强N-rGO和Ni(OH)2之间的相互作用，使Ni(OH)2分布得更均匀，尺寸更小，且N-rGO与Ni(OH)2结合得更紧密，从而使复合物表现出更加优异的电化学性能，包括高的比电容，良好的大电流充放电能力以及稳定的循环寿命。(3)以尿素作为还原剂、氮

8、源和沉淀剂，硝酸铁作为铁源，采用水热法一步合成了氮掺杂石墨烯/三氧化二铁(N-rGO/Fe2O3)复合材料。通过透射电镜可以观察到尺寸为30-40nm的Fe2O3均匀且紧密地分散在N-rGO的表面。电化学测试表明N-rGO/Fe2O3比rGO/Fe2O3具有更优异的性能，这可归结为N-rGO与Fe2O3之间的协同增强效应。关键词：氮掺杂，石墨烯，金属化合物，复合电极材料，超级电容器I暨南大学硕士学位论文AbstractElectrodematerials,asthecrucialcomponentsofsupercapac

9、itors,havebeentheresearchhotspotinthefieldofsupercapacitors.Currently,theelectrodematerialsmainlycontaincarbonmaterials,metalcompoundsandconductingpolym