石墨烯基薄膜及复合材料的制备与超级电容器应用

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1、分类号：密级：学校代码：学号：遣掌师筢大学10165201010960硕士学位论文⑨石墨烯基薄膜及复合材料的制备与超级电容器应用作者姓名：学科、专业：研究方向：导师姓名：李雨佳化学、无机化学无机材料化学曲江英2013年5月学位论文独仓IJ性声明本人承诺：所呈交的学位论文是本人在导师指导下所取得的研究成果。论文中除特别加以标注和致谢的地方外，不包含他人和其他机构已经撰写或发表过的研究成果，其他同志的研究成果对本人的启示和所提供的帮助，均已在论文中做了明确的声明并表示谢意。学位论文作者签名：7丞碰学位论文版权的使用授权书本学

2、位论文作者完全了解辽宁师范大学有关保留、使用学位论文的规定，及学校有权保留并向国家有关部门或机构送交复印件或磁盘，允许论文被查阅和借阅。本文授权辽宁师范大学，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后使用本授权书。学位论文作者签名：兰象缸睦．指导教师签名：签名日期：砌年∥月／日摘要石墨烯(Graphene)由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料。由于其独特的组成和结构，

3、使其在力学、热学和电学等方面具有非同寻常的性质，有望在机械、电子等诸多领域发挥潜在的应用价值。本论文以改进的Hummers法制备的氧化石墨烯(GO)为原料，分别制备出石墨烯薄膜(rGO)、石墨烯／聚丙烯酸钠(rGO／PAAS)复合薄膜以及石墨烯／四氧化三锰(rOO／Mn304)复合物等系列材料。利用X．射线衍射(XRD)、拉曼光谱(gaman)、红外光谱(IR)、紫外可见光谱(UV．vis)、透射电镜(TEM)以及热重(TGA)等技术手段对所制备的产品进行表征，并以其作为超级电容器电极材料，在电池测试和电化学分析系统进行

4、充放电测试和循环伏安测试。主要研究结果如下：1．采用酸性Ⅺ溶液还原由真空抽滤得到的氧化石墨烯薄膜，制得具有良好完整性的石墨烯薄膜。研究表明，体系中盐酸的浓度和反应时间影响Ⅺ溶液还原氧化石墨薄膜的效果。当盐酸浓度为lmolL‘1的50％Ⅺ溶液还原氧化石墨烯膜30min时，所得的石墨烯薄膜保持了良好的完整性，并且在6molL-1KOH电解质溶液中，其比电容可达到181Fg～，经过600次循环后比电容依然保持大约90％。2．采用真空抽滤可溶性石墨烯与聚丙烯酸钠的混合物制备了孔道可调的石墨烯／聚丙烯酸钠复合薄膜。结果表明，具有吸

5、湿和遇水膨胀性质的聚丙烯酸钠存在，有助于调控石墨烯薄膜在干／湿两态下孔道的闭合与开放。石墨烯与聚丙烯酸钠的比例对所得薄膜的孔道大小和性能有较大的影响。当石墨烯与聚丙烯酸钠质量比为10：1时，所得／聚丙烯酸钠复合薄膜表现出良好的电容性能。在湿膜状态下比电容为294．2Fg～。经过干燥．湿润处理后，该膜的比电容依然保持为256．2Fg～，且经过1000次循环后比电容依然保持91％，表明该复合薄膜在干燥后仍可表现稳定的电容性能。3．针对Hummers法制备GO过程中Mn2+大量浪费的问题，提出了一种绿色合成石墨烯／Mn304纳

6、米复合材料的方法。以改进的Hummers法制备的含有氧化石墨烯／硫酸锰(GO／MnS04)的悬浊液作为原料，在体系中加入高锰酸钾原位合成了GO／Mn02复合物，再经由低温热处理制备了rGO／Mn304纳米复合材料。通过改变GO／MnS04悬浊液中MnS04的含量实现rGO／Mn304复合物中Mn304质量分数的可控调变。该法充分利用了氧化石墨原液中的锰离子，节省了原料，同时避免了GO繁琐的分离过程，简化了实验步骤。所得复合材料作为超级电容器电极材料展现了良好的电化学电容性能，在饱和K2S04电解质溶液和50mAg。1的电

7、流密度下，Mn304含量为88％时其比电容达284Fg一。关键诃：氧化石墨烯；石墨烯；石墨烯薄膜；石墨烯复合材料；超级电容器目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．IAbstract⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．II录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．Ⅳ第1章引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．1石墨烯的结构与制备方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯

8、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21．1．1石墨烯的结构与性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21．1．2石墨烯的制备方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31．2石墨烯薄膜的制备方法与应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．81．2．1石墨烯薄膜的制备方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯