石墨烯金属氧化物复合材料超级电容器电极材料研究

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1、ＩＷ為於抑１ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮｍＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ专业学位硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳＦＯＲＰＲＯＦＥＳＳＩＯＮＡＬＤＥＧＲＥＥｒｉ论文题目石赚金属氧化物复合材料超级Ｉ电容器电极材料妍究１专业学位类别工程硕丈１学号２０１２２２０４０４３７作者姓名杨云指营教师曾穗青敦授ＩＩ＾ＪＩ独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下

2、进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方夕ｈ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获得电子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。《／方作者签名：斬日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可将学位

3、论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、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应遵守此规定）作者签名：椒导师签名：４／Ｈ日期：年／月席日分类号密级注1UDC学位论文石墨烯/金属氧化物复合材料超级电容器电极材料研究（题名和副题名）杨云（作者姓名）指导教师曾葆青教授电子科技大学成都（职务、职称、学位、单位名称及地址）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称电子与通信工程论文提交日期2015.04论文答辩日期2015.05学位授予单位和日期电

4、子科技大学2015年06月日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号Researchofgraphene/metaloxidecompositeaselelctrodematerialforsupercapacitorAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor：MasterofEngineeringAuthor：YunYangAdvisor：Prof.BaoqingZengSchool

5、：SchoolofPhysicalElectronics摘要摘要作为继碳纳米管、富勒烯后又一新型碳的同素异形体，石墨烯以其高比表面积及导电性，被认为是一种理想电极材料。但是因其易团聚，导致比电容降低等问题制约了其实际应用。过渡金属氧化物因其高理论比电容、低成本等特点，引起大家的广泛关注，但是又因其电导率低、与有机电解质兼容性差、循环寿命低等问题大大降低了电容性能。本论文利用石墨烯独特的结构特征，引入金属氧化物制备出多种复合材料，充分结合两者的优点，以获得具有突出电化学性能的电极材料。对传统的Hummers法进行改进，

6、采用经微波膨胀后纳米石墨片代替天然鳞片石墨作为原料，有效的提高了制备效率。经系统的研究发现，石墨烯在KOH和Na2SO4两种电解液中的电化学性能存在差异。当充放电电流密度为1A/g时，石墨烯在前者中的比电容为146F/g，远大于在Na2SO4电解液中的83F/g。交流阻抗结果表明，在KOH电解液中石墨烯具有较低的等效串联电阻和电荷转移电阻，表明石墨烯在KOH电解液中具有更好的亲水性。此外，经过1000次循环测试后，石墨烯在KOH电解液中比电容仍为最初的92%，表现出更高的电化学稳定性。采用简单快速的方法，以石墨烯及金

7、属盐作为原料，在不添加其他添加剂的条件下，制备出多种复合材料：G/MnO2、G/Fe2O3、G/Co3O4、G/NiO。分析结果表明在作为导电体的石墨烯表面生成了金属氧化物颗粒，其中G/MnO2复合材料具有更好的结构特征，大小相同的纳米级MnO2颗粒均匀附着在石墨烯表面及片层之间。电流密度为1A/g时，以上几种复合材料的比电容分别为242F/g、169F/g、181.5F/g和178F/g，比电容均大于石墨烯，说明引入金属氧化物有效的提高了其电容性能。并且由于其优异的结构特征，G/MnO2复合材料表现出最优异的电容性

8、能。为了进一步研究G/MnO2复合材料的性能，通过改变石墨烯和Mn源两者的比例，制备出多种G/MnO2复合材料：GMn1:1、GMn1:4、GMn1:7和GMn1:10。随着Mn源比例的增大，GMn复合材料中MnO2颗粒的尺寸不断增大，最终发生团聚。经研究发现，当石墨烯与Mn源的最佳比为1:7时，MnO2纳米颗粒的尺寸和分布最均匀，抑制石墨烯团