石墨烯钴酸镍复合材料的制备及其电容性能研究

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1、西南科技大学研究生学位论文石墨烯/钴酸镍复合材料的制备及其电容性能研究年级2012级姓名王体龙申请学位级别硕士专业材料科学与工程指导教师戴亚堂教授ClassifiedIndex:O646.5U.D.C:544SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMasterDegreeThesisSynthesesandElectrochemcalCapacitivePerformanceofReducedGraphene/NiCo2O4CompositesGrade:20

2、12Candidate:TilongWangAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:MaterialsScienceSupercisor:Prof.YatangDai独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研究成果。尽我所知，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己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作

3、了明确的说明并表示了谢意。签名：工<年心曰期：X【对关于论文使用和授权的说明本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定,即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后H守此规定）签名：三料导师签名曰期：西南科技大学硕士研究生学位论文第I页摘要超级电容器是一种新型的电化学储能器件，具有大功率输出、超长循环寿命、使用温度范围宽和快速充放电等优点。超级电容器电极材料的性能直接影响着超级

4、电容器的电化学储能性能，材料的研究始终是该领域的热点。石墨烯作为一种新兴的二维碳纳米材料，具有高比表面积、良好的导电性和化学稳定性好等一系列优点，在超级电容器电极材料应用领域显示出巨大潜力。另外，过渡金属氧化物成本低、对环境友好和比电容高等优点有助于提高超级电容器的性能，其中复合型氧化物钴酸镍吸引了很多学者的关注。因此，石墨烯基过渡金属氧化物复合材料的开发形成了一个新的研究方向。具体研究内容如下：(1)通过改进的Hummers方法制备氧化石墨，然后分别以水合肼和尿素为还原剂制备石墨烯。形貌和结构测试表

5、明：还原后的石墨烯存在多层堆叠，并不是理想的单层结构。两种石墨烯的比表面积存在一定差异，rGN-2的比表面积为340m2g-1，rGN-1的比表面积为180m2g-1。电化学测试表明，在0.5Ag-1的电流密度下，rGN-2和rGN-1比电容分别为174Fg-1和161Fg-1；在较大的电流密度下(5Ag-1)，它们依旧保持较大的比电容(152Fg-1和136Fg-1)，电容保持率分别为87.4%和84.4%，表明rGN-2的比电容和倍率性能较好。(2)以石墨烯为基体材料，用尿素为共沉淀剂，通过共沉淀

6、和后续简单热处理制备了rGO/NiCo2O4-NW复合物用于超级电容器电极材料。测试结果表明，长度在200-400nm范围内、直径约为20nm的钴酸镍纳米线均匀的覆盖在石墨烯纳米片上。所制备的rGO/NiCo-12O4-NW复合电极材料具有较好的电容性能，1Ag的电流密度下响应的比电容为1137.8Fg-1。在2Ag-1的电流密度下循环1000周期后，电容保持率为89%。(3)通过控制实验条件，实现对石墨烯表面负载钴酸镍纳米结构的可控调节，优化后的超薄钴酸镍纳米片均匀紧贴于石墨烯表面，这西南科技大学硕

7、士研究生学位论文第II页将显著提升电极材料的比表面积和导电性。NiCo2O4超薄的纳米结构紧紧贴在石墨烯片层上，形成独特的二维复合材料，借助石墨烯的高导电特性提高电荷/离子在电极材料内的传输能力，从而提高他们的比容量和稳定性能。电化学性能测试表明：在1Ag-1的电流密度下最大比电容为1217.4Fg-1；在2Ag-1的电流密度下，1000次循环以后，比电容仍为983Fg-1，容量损失率仅为6%，循环稳定性较好。关键词：超级电容器石墨烯钴酸镍电极材料西南科技大学硕士研究生学位论文第III页Abstrac

8、tAsanewtypeofelectrochemicalenergystoragedevice,supercapacitorshaveseveraladvantagesthatincludehighpowerdensity,longcyclelife,widerangeofoperatingtemperatures,andfastcharge–dischargeprocesses.Manyresearcheshavefocusedonresearchin