石墨烯復(fù)合材料的可控制備及其電容性能的研究

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3、姓名馬延文／馮曉苗導(dǎo)師光學(xué)工程學(xué)科專業(yè)研究方向超級(jí)電容器電極材料基題＿±學(xué)類別申請(qǐng)位一五五年零巧交期論文提日Preparationofshape-controlledgraphene-basednanocompositesandtheirapplicationinsupercapacitorsThesisSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeof

4、MasterofEngineeringByNingnaChenSupervisor:YanwenMa&XiaomiaoFengMay2015摘要本論文主要合成了不同的超級(jí)電容器活性電極材料，包括石墨烯/金屬氧化物和石墨烯/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料。此外，利用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)復(fù)合材料的形貌進(jìn)行了觀察，同時(shí)結(jié)合傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、X-射線光電子能譜（XPS）、粉末X-射線衍射（XRD）和紫外-可見(jiàn)（UV-Vis）吸收光譜等對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和組成成分進(jìn)行了表征，并研究了這些材料的電化學(xué)性

5、能。論文主要研究?jī)?nèi)容如下：1.通過(guò)靜電自組裝法，制備得到不同形貌的功能化石墨烯/二氧化錳復(fù)合材料，并詳細(xì)討論了其形成機(jī)理。從掃描電鏡圖可以看到，不同形貌納米結(jié)構(gòu)的二氧化錳均勻地分布在石墨烯的表面。此外，制備得到的石墨烯/二氧化錳復(fù)合材料可用作超級(jí)電容器的電極材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在電流密度為1.0A·g-1的條件下，相比于石墨烯/二氧化錳（納米線狀)復(fù)合物（比電容值為318F·g-1），石墨烯/二氧化錳（花狀納米球)復(fù)合物（比電容值為405F·g-1）表現(xiàn)出更好的電容性能。石墨烯和二氧化錳的協(xié)同效應(yīng)賦

6、予了復(fù)合材料高比電容的電化學(xué)性能。此外，石墨烯/二氧化錳（花狀納米球)復(fù)合物表現(xiàn)出了快速充/放電性能和持久的循環(huán)穩(wěn)定性。2.通過(guò)一步水熱法成功制備不同形貌的石墨烯/聚苯胺納米復(fù)合物。在超聲的輔助下，調(diào)整苯胺單體的用量可得到由納米線狀到納米錐狀不同形貌的聚苯胺。通過(guò)結(jié)合石墨烯的高導(dǎo)電性和聚苯胺的贗電容性的優(yōu)點(diǎn)，制得不同形貌的石墨烯/聚苯胺納米復(fù)合物，并且可作為超級(jí)電容器電極材料應(yīng)用的一個(gè)例子。循環(huán)伏安法和恒電流充/放電測(cè)試表明該石墨烯/聚苯胺材料有著優(yōu)異的電化學(xué)性能。石墨烯/聚苯胺納米線狀復(fù)合物展現(xiàn)出

7、優(yōu)異的電化學(xué)性能，在2mV·s-1的掃速下，其比電容值高達(dá)957.1F·g-1。除此之外，在1.0A·g-1的電流密度下，石墨烯/聚苯胺納米線狀復(fù)合物表現(xiàn)出更優(yōu)的電化學(xué)性能，其比電容值為724.6F·g-1，而石墨烯/聚苯胺納米錐狀復(fù)合物的比電容值則為602.5F·g-1。石墨烯/聚苯胺納米線狀復(fù)合物在恒電流充/放電1000圈之后，比電容仍能保持初始值的90%，表現(xiàn)出了極好的循環(huán)穩(wěn)定性。相對(duì)于單獨(dú)的石墨烯或聚苯胺，石墨烯/聚苯胺納米復(fù)合物的電化學(xué)性能有很大的提高，表明其在高性能的超級(jí)電容器方面有著廣

8、泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:石墨烯，金屬氧化物，導(dǎo)電聚合物，超級(jí)電容器IAbstractInthisthesis,differentsupercapacitoractiveelectrodematerialsweresynthesized,includinggraphene-metaloxidecompositesandgraphene-conductivepolymercompositesnanomaterials.Inaddition,themorphologyofthes