石墨烯基超级电容器电极材料的制备及表征

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1、学校代码10459学号或申请号201212151733密级硕士学位论文石墨烯基超级电容器电极材料的制备及表征作者姓名：刘铁柱导师姓名：刘玉山副教授张建民教授学科门类：理科专业名称：物理化学培养院系：化学与分子工程学院完成时间：2015年5月AdissertationsubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterSynthesisandCharacterizationofGrapheneBasedNanocompositeforSupercapacitorsByTiezhuLiuSuper

2、visor:AssociateProfessorYushanLiuProfessorJianminZhangPhysicalChemistryTheCollegeofChemistryandMolecularEngineeringMay,2015原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，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，本论文不包含任何其它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。学位论文作者：日期:年6月f日学

3、位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或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；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：曰期6月》曰摘要摘要本文利用石墨烯具有超大比表面积、较好的导电性以及

4、电化学稳定性的特点，将其分别与四氧化三铁以及聚苯胺复合，具体试验为：使用新型静电自组装方法合成了两种不同组分比的石墨烯/四氧化三铁纳米复合物,还通过原位氧化的方法制得了石墨烯/聚苯胺纳米复合物，并对它们作为超级电容器电极材料上的性能展开了一系列的研究。首先，我们利用氧化石墨（GO）表面带有大量负电荷这一特点，提出让其与表面带有正电荷的氢氧化铁胶体颗粒利用正负电荷相吸引的原理进行自组装，制备出GO/Fe(OH)3颗粒，然后使用还原剂还原并在水热釜中进行热处理，成功制备出石墨烯/四氧化三铁颗粒（CFGC）。扫描电子显微镜和透射电子显微镜照片显示

5、，直径约为10-20nm的具有立方体结构的四氧化三铁颗粒均匀的分散负载在石墨烯片层上，没有发现单独存在的四氧化三铁颗粒，证明了这种静电自组装方法的优越性。Roman光谱，X射线衍射图谱等表征也表明四氧化三铁与石墨烯成功复合。石墨烯和四氧化三铁在复合物中的协同作用使得CFGC在超级电容器上表现出了卓越的性能。以500mA/g的电流在6MKOH中进行恒流充放电时，比容量为216.7F/g。其次，我们使用了聚苯乙烯磺酸钠（PSS）去修饰氧化石墨烯，还原之后得到了分散性很好的PSS/Graphene分散液，从而改变了石墨烯表面的Zeta电位，进一步

6、利用其与氢氧化铁胶体自组装，在氮气氛围下经过煅烧处理后，制备出不同组分和形貌的石墨烯/四氧化三铁纳米复合材料（FGC）。石墨烯和四氧化三铁的复合，能有效改善四氧化三铁的导电性，并且阻止石墨烯的团聚。扫描电子显微镜和透射电子显微镜显示，直径在25nm左右的四氧化三铁颗粒均匀负载于石墨烯的表面或层层之间。FGC用作电极材料时，以500mA/g的电流在6MKOH中进行恒流充放电时，比容量为197F/g，经过3000次循环后，容量保有率为87%。最后，我们还使用了原位氧化聚合的方法制备出石墨烯/聚苯胺复合材料（PANI/CGN）。扫描电子显微镜和透

7、射电子显微镜照片显示，在PANI/CGN中，半球状的聚苯胺分子长链均匀的分散负载在石墨烯片层上，石墨烯与聚苯胺形成三维开放孔状结构，该结构有利于带电粒子扩散到电极界面发生吸脱附和电I摘要化学反应。傅里叶红外变换光谱和X射线衍射曲线也表明聚苯胺与石墨烯成功复合。进一步的电化学测试结果表明，由于石墨烯的加入，提高了复合电极的电导率，从而使制备的复合电极具优异的电容性能，在1MNa2SO4中最高质量比容量为233F/g。关键词：石墨烯，超级电容器，导电聚合物，聚苯胺，四氧化三铁，金属氧化物IIAbstractAbstractGraphenehas

8、thehighestconductivity,abundantsurfaceareaandelectrontransferproperty.Inthisexperiment,it