石墨烯cof复合材料制备及其超电容性能研究

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1、硕士学位论文石墨烯/COF复合材料制备及其超电容性能研究ASTUDYONTHEPREPARATIONANDSUPERCAPACITANCEOFGRAPHENE/COVALENTORGANICFRAMEWORKCOMPOSITEMATERIAL查泽奇哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：O64学校代码：10213国际图书分类号：540密级：公开工程硕士学位论文石墨烯/COF复合材料制备及其超电容性能研究硕士研究生：查泽奇导师：雷圣宾教授申请学位：工程硕士学科：化学工程所在单位：理学院答辩日期：2015年6月授予学位单

2、位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O64U.D.C:540DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringASTUDYONTHEPREPARATIONANDSUPERCAPACITANCEOFGRAPHENE/COVALENTORGANICFRAMEWORKCOMPOSITEMATERIALCandidate：ZeqiZhaSupervisor：Prof.ShengbinLeiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSp

3、eciality：ChemicalEngineeringAffiliation：SchoolofScienceDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要超级电容器具有循环寿命长、比电容和高充放电效率及较高输出功率等优点，是一种具有巨大应用市场的新型储能元件。目前高性能超级电容电极材料受到人们的广泛关注和研究。蒽醌是一种重要的可发生氧化还原反应的有机物，它具有工作电压窗口较宽、温度范围宽、成本低等优

4、点，可用来制备电极材料，但是蒽醌较差的导电性使得其在电极材料方面的利用受到了限制。为了改善蒽醌的导电性，将蒽醌与导电性好的传统电极材料碳材料进行复合成为了研究的焦点。固体表面化学反应是“自下而上”构筑特定分子及纳米结构的有效策略，共价有机二维网格材料是通过在固体表面原位发生化学反应形成共价键的原理制备的，不同于卤键、氢键等弱作用力在固体表面所构筑的纳米结构，能够有效地克服卤键、氢键等弱作用力构筑的纳米结构稳定性较差的困扰，使得“自下而上”方法构筑较为稳定的超级电容电极材料成为可能。本文通过席夫碱反应将蒽醌单体引入共价有机

5、二维网格（CovalentOrganicFrameworks,COFs），并以非共价形式与三维石墨烯复合，共价有机二维网格自身较大的孔径可以使得蒽醌基团与电解液有充分的接触，同时借助三维石墨烯的良好导电性，使得蒽醌基团导电性较差的问题得到了改善。本文所制备的共价有机二维网格材料是由2,6-二氨基蒽醌和均苯三甲醛两种反应单体通过席夫碱反应制备而成，采用扫描隧道显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱等为主要手段，探索了制备该共价有机二维网格的反应条件和分析了材料的表面形态；利用循环伏安、恒流充放电研究了该共价有机二维网格材料

6、的超电容性能，并对恒流充放电机理进行了分析。在较低温度（140℃）制备的复合电极材料具有无定形聚合物的特征，没有观察到较为完整的网格，在较高的反应温度（205℃）下制备的共价有机二维网格材料呈现较好的连续性，并且覆盖度达90%以上，说明温度对固体表面席夫碱反应具有重要影响。在-0.4~-1.05V(vs.Ag/AgCl)窗口内，1MKOH电解液中进行循环伏安曲线和恒流充放电曲线测试，在20mv/s扫速时，石墨烯/共价有机二维网格复合电极材料氧化峰在-0.769V，还原峰在-0.888V；在2Ag-1电流密度时，比电容高达

7、128Fg-1，其中2,6-二氨基蒽醌的利用率高达13.45%。在2000次恒流充放电测试中，石墨烯/共价有机二维网格电极材料的比电容呈下降趋势，可能的原因是在恒流充放电过程中，处于还原状态的共价有机二维网格材-I-摘要料，由于网格材料层与层之间的静电排斥作用，反复的收缩和膨胀造成纳米结构的改变，使得电极材料的导电性下降，电化学活性降低。关键词：电极材料；石墨烯；共价有机二维网格；蒽醌；非共价修饰-II-AbstractAbstractSupercapacitorpossessesultralongcyclelife,h

8、ighspecificcapacitance,highcharge-dischargeefficiencyandhighoutputpower,etc.Itisanovelenergystoragecomponentsandhasgreatapplicationbackgroundandtremendousmarke