石墨烯及石墨烯基二元和三元纳米复合材料制备及其在超级电容器中的应用

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1、北京化工大学学位论文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，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。}＼，／作者签名：么丝互堕日期：关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学

2、校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在土年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。作者签名：厘至互导师签名：日期：釜!互兰盟望垒吼掣陋L学位论文数据集中图分类号丁仗侈砂学科分类号

3、So≥o}；一论文编号／。护沩．；。o歹7密级南学位授予单位代码

4、oo／o学位授予单位名称北京化工大学作者姓名金玉红学号2010080057获学位专业名称材料科学与工程获学位专业代码pgo多o。课题来源自选项目研究方向电化学石墨烯及石墨烯基二元和三元纳米复合材

5、料制备及其在超级电容器中的论文题目应用关键词光聚合，光引发剂，芝麻酚衍生物，环缩醛论文答辩日期2013—5-28木论文类型基础研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师贾梦秋教授北京化工大学电化学评阅人1盲审a评阅人2盲审b评阅人3盲审c评阅人4王兆翔教授中科院物理所能源材料评阅人5高学平教授南开大学能源材料答辩委员会主席王兆翔教授中科院物理所能源材料答辩委员1陈实教授北京理工大学电化学答辩委员2李志林教授北京化工大学材料物理答辩委员3宋怀河教授北京化工大学碳材料答辩委员4孙晓明教授北京化工大学碳材料答辩委员5摘要石墨烯及石墨烯基二元和三元纳

6、米复合材料制备及其在超级电容器中的应用摘要超级电容器具有功率密度高，循环寿命长，安全环保等优点，在电动汽车领域具有广泛地应用前景。提高超级电容器能量密度和功率密度，缩短充放电时间成为该领域研究的热点。而寻找一种比容量高、性能稳定的超级电容电极材料是解决这些问题的关键。石墨烯具有高的电子传导速率、比表面积和机械强度，在超级电容器电极材料领域显示出了巨大的应用前景。目前，为了大规模低成本制备石墨烯，大多采用石墨的氧化还原法。然而在还原过程中，传统的一水合肼还原剂毒性大，污染环境，并且制备出的石墨烯易团聚，严重地限制了石墨烯及其石墨烯基复合材料的实际应用。因此，寻找一种

7、简单的、环保的制备石墨烯以及石墨烯基复合材料方法是人们渴求的。本论文在分析石墨烯近期的研究成果和应用成果的基础上，开展了水溶性石墨烯，石墨烯一导电聚合物二元复合材料，石墨烯一导电聚合物．过渡金属氧化物三元复合材料的构筑，采用SEM、XPS、XRD、FT-IR、BET等对复合材料的结构、形貌进行表征，深入研究石墨烯及其石墨烯基复合材料作为超级电容器电极材料的电化学电容性能，并取得如下成果：(1)论文首次采用碳酸钠热碱溶液对氧化石墨烯进行还原制备了水溶性石墨烯，并与传统的化学还原剂一水合肼和已报道的碱性还原剂l氢氧化钾进行了对比。通过FT-IR，XRD，Raman，X

8、PS，TGA等数据的分析，可以得出碳酸钠热碱溶液对于氧化石墨烯具有一定的还原特性。研究结果表明，热碱溶液还原得到石墨烯的比表面积(NazC03一Graphene：789m2／g；K—Graphene：632m2／g)要比一水合肼还原后得到的石墨烯的比表面积(420m2／g)要大；然而热碱溶液还原得到石墨烯的电导率(Na2C03一Graphene：10S／m；K．Graphene：12．8S／m)要比一水合肼还原后得到石墨烯的电导率(187．5S／m)要小。电化学测试表明Na2C03．Graphene有着理想的电容特性，在5mA／cm2的电流密度下，其比电容为228

9、Fig。所以用Na2C03溶液还原氧化石墨烯是一种高效低成本绿色的方法，可以用来大量生产还原氧化石墨烯和大量用于电化学电容器的石墨烯基电极材料。(2)以氧化石墨烯的酸性溶液为水相，三氯甲烷为油相，分别将过硫酸铵(APS)和苯胺加入到水相和油相中，采用油／水界面聚合法制备了氧化石墨烯一聚苯胺复合材料。通过FT-IR数据分析表明氧化石墨烯中的羟基(．OH)和羧基(．COOH)和聚苯胺之间存在化学键作用和氢键连接。HRTEM和SEM表明生成的纤维状的聚苯胺均匀地分布在氧化石墨烯表面。电化学测试表明在扫描速率为5mv／s时，聚苯胺、氧化石墨烯和聚苯胺／氧化石墨烯纳米复合材

10、料的比电容