mno_2石墨烯基电极材料的制备及其在超级电容器上的应用研究

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1、分类号063学校代码10590UDC540密级公开_itH大ZlXNgjoxShenzhenUniversity硕士学位论文Mn02/石墨烯基电极材料的制备及其在超级电容器上的应用研究申请人姓名刘春亮申请人学号2120110306专业名称化学导师姓名及职称贵大勇研究员二〇一五年五月十曰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，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品或成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己在

2、文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。论文作者签名：M年t月学位论文版权使用授权书(必须装订在印刷本首页）本学位论文作者完全了解深圳大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，g卩：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属深圳大学。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其他机构送交论文的电子版和纸质版，允许论文被查阅和借阅。本人授权深圳大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(涉密的学位论文在解密后适用本授权书）论文作

3、者签名：日期命I上年5月冲日日期：加厂年』月/分类号O63学校代码10590UDC540密级公开深圳大学硕士学位论文MnO2/石墨烯基电极材料的制备及其在超级电容器上的应用研究学位申请人姓名刘春亮专业名称化学学院（系、所）化学与化工学院指导教师姓名贵大勇研究员MnO2/石墨烯基电极材料的制备及其在超级电容器上的应用研究摘要超级电容器又称双电层电容器，是介于电池与普通电容器之间的一种新型储能器件。因其具有充放电速度快、效率高、循环性能好、对环境无污染和安全性高等特点，超级电容器在国防军事、航天航空、电子

4、通讯、电力和铁路等领域具有广泛的应用前景。电极材料是影响超级电容器性能的关键性物质，因此制备高性能电极材料对超级电容器的研究具有非常重要的意义。本论文以石墨烯（类石墨烯）、MnO2/石墨烯（类石墨烯）复合材料为主要对象，开展了高性能超级电容器电极材料的制备与研究。具体内容包括：（1）利用改进后的Hummers法制备氧化石墨烯，并考察了混酸体积比（H2SO4和H3PO4体积比）、KMnO4用量和反应时间等工艺因素对石墨氧化程度的影响。实验结果表明：氧化1g石墨在H2SO4：H3PO4=9:1（90mL:

5、10mL）、6gKMnO4和反应时间24h条件下，对石墨的插层、氧化既彻底又环保，其层间距可达7.91nm。（2）分别采用水合肼还原法和惰性气氛下高温还原这两种方法制备了石墨烯，通过XRD、FT-IR、Raman、SEM、TEM及TG对石墨烯结构与性能进行了表征。SEM和TEM照片显示：这两种方法制备的石墨烯都出现了褶皱和卷曲，并且惰性气氛下高温还原法制备的石墨烯厚度更薄、层数更少。在1mol/L的Na2SO4电解液中，进行电化学性能测试，结果表明：在0.5A/g电流密度下，水合肼还原法和惰性气氛下高

6、温还原这两种方法得到的石墨烯作为电极材料，比电容分别达到94.6F/g和122.3F/g。（3）两种MnO2/石墨烯纳米复合材料（M1和M2）分别通过两种不同反应过程合成。M1合成如下：首先，在氧化石墨烯上通过各种含氧官能团合成片状MnO2纳米粒子（MnO2/氧化石墨烯）；然后，用水合肼还原MnO2/氧化石墨烯得到MnO2/石墨烯纳米复合材料。M2合成如下：首先，通过水合肼还原氧化石墨烯得到石墨烯；然后，在石墨烯表面合成片状MnO2纳米粒子。结果表明：M1复合材料中的片状MnO2纳米粒子均匀的分散在石

7、墨烯表面，并且生成一种“芝麻饼”状结构；M2复合材料中的片状MnO2纳米粒子在石墨烯表面发生了团聚。在1mol/L的Na2SO4电解液中，进行电化学性能测试，结果表明：在1A/g电流密度下，M1复合材料的比电容高达250.6F/g（M2为206.8F/g）。这些结果说明合成M1的反应过程在制备高性能超级电容器电极材料中更具有应用前景。IMnO2/石墨烯基电极材料的制备及其在超级电容器上的应用研究（4）采用液态聚丙烯腈为原料制备类石墨烯（graphene-like，GL），研究了不同碳化温度（1200、

8、1300、1400和1500℃）对类石墨烯结构和性能的影响。采用XRD、FT-IR、Raman、SEM和TEM等对其结构和形貌进行了表征，结果表明：得到的类石墨烯具有典型的石墨烯碳片层结构，并且随着碳化温度的升高得到的类石墨烯片层结构越来越明显。另外，以1500℃碳化温度得到的类石墨烯作为碳源，通过原位合成法得到类石墨烯和MnO2四种不同质量比的MnO2/GL（1500℃）复合材料，电化学测试结果发现：含30%类石墨烯的复合材料的比电容在1A/g电流密度