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石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能研究

作　者: 张鹏
导　师: 王宏智
学　校: 天津大学
专　业: 应用化学
关键词: 聚苯胺 石墨烯 电还原 电聚合 电容
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


超级电容器常见的电极材料分为碳材料、金属氧化物和导电聚合物三种，制备出具有协同效应的复合电极材料是目前研究的热点。本文采用电化学方法制备出石墨烯/聚苯胺复合材料，并对其其电容性能进行了研究。以鳞片石墨做为原料，利用改进的Hummers法制备出了氧化石墨（GO），超声分散后滴涂在ITO导电玻璃表面，采用循环伏安法在-1.3V~0V进行扫描而将其还原成石墨烯薄膜，对其形貌结构进行表征并研究其电化学性质。结构表征结果表明，经过电化学还原后，氧化石墨表面和边缘的含氧官能团大部分得以去除，成功的制备了石墨烯薄膜（ERGO）。电化学测试其比电容在1000mA/g下达到了114F/g，当电流密度从500mA/g升高到5000mA/g时，电容保持率为70%。采用电化学一步氧化还原法制备石墨烯/聚苯胺复合材料（ERGO/PAN），对其进行表征并研究不同含量配比的复合材料的电容性能。结构表征结果证明，复合物中聚苯胺和石墨烯得到了良好的复合。电化学性能测试表明，石墨烯含量为11%的复合材料综合性能最佳，在500mA/g的电流密度下比电容达到了352F/g，当电流密度升高到5000mA/g时，比电容下降为229F/g，电容保持率将近65%，倍率特性优异。经过1000次的充放电循环后容量保持率达到了90%。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-27
  1.1 前言  8
  1.2 超级电容器简介  8-12
    1.2.1 超级电容器原理及分类  8-10
    1.2.2 超级电容器的特点  10
    1.2.3 超级电容器的应用  10-11
    1.2.4 超级电容器的电极材料  11-12
  1.3 聚苯胺  12-16
    1.3.1 导电聚合物聚苯胺的产生  12-13
    1.3.2 聚苯胺的结构  13-14
    1.3.3 聚苯胺的合成方法  14-15
    1.3.4 聚苯胺的性质  15-16
  1.4 石墨烯  16-25
    1.4.1 石墨烯的结构及性质  16-18
    1.4.2 石墨烯的制备方法  18-25
  1.5 石墨烯复合材料及其性能  25-26
  1.6 本论文研究内容及意义  26-27
    1.6.1 本论文的研究意义  26
    1.6.2 本论文的研究内容  26-27
第二章 实验所用试剂、仪器及表征手段  27-34
  2.1 实验药品与仪器  27-28
    2.1.1 实验药品  27
    2.1.2 实验仪器  27-28
  2.2 薄膜电极的表征  28-30
    2.2.1 扫描电子显微镜（Scanning electron microscopy）  28
    2.2.2 透射电子显微镜（Transmission electron microscope）  28-29
    2.2.3 X-射线衍射（X-ray diffraction）  29
    2.2.4 拉曼光谱（Raman scattering）  29
    2.2.5 光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy）  29-30
  2.3 电化学性能测试  30-34
    2.3.1 电极的制备  30
    2.3.2 三电极体系构建  30
    2.3.3 循环伏安测试（Cyclic Voltammetry）  30-32
    2.3.4 恒电流充放电测试（Chronopotentiometry）  32-33
    2.3.5 交流阻抗测试（AC impedance）  33-34
第三章 石墨烯薄膜的电化学制备及表征  34-48
  3.1 前言  34
  3.2 氧化石墨及石墨烯的制备过程  34-36
    3.2.1 氧化石墨的制备  34-35
    3.2.2 石墨烯薄膜的电化学制备  35-36
  3.3 石墨原料测试与表征  36-37
    3.3.1 XRD 表征  36
    3.3.2 SEM 表征  36-37
  3.4 氧化石墨及石墨烯的表征  37-43
    3.4.1 循环伏安  37-38
    3.4.2 XRD 表征  38-39
    3.4.3 Raman 表征  39-40
    3.4.4 SEM 表征  40-42
    3.4.5 TEM 表征  42-43
  3.5 石墨烯薄膜的电化学性能测试  43-47
    3.5.1 循环伏安测试  43-45
    3.5.2 恒电流充放电测试  45-46
    3.5.3 交流阻抗测试  46-47
  3.6 本章小结  47-48
第四章 石墨烯/聚苯胺复合电极的制备及表征  48-64
  4.1 前言  48-49
  4.2 石墨烯/聚苯胺复合材料的制备  49
  4.3 石墨烯/聚苯胺复合材料的表征  49-57
    4.3.1 循环伏安表征  49-50
    4.3.2 XRD 表征  50-51
    4.3.3 FTIR 表征  51-53
    4.3.4 Raman 表征  53-54
    4.3.5 XPS 表征  54-56
    4.3.6 SEM 表征  56
    4.3.7 TEM 表征  56-57
  4.4 表征小结  57
  4.5 石墨烯/聚苯胺复合材料的电化学性能测试  57-62
    4.5.1 循环伏安测试  58-59
    4.5.2 恒电流充放电测试  59-62
    4.5.3 交流阻抗测试  62
  4.6 本章小结  62-64
第五章 结论与展望  64-66
  5.1 本文结论  64-65
  5.2 工作展望  65-66
参考文献  66-74
发表论文和参加科研情况说明  74-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电器 > 电容器
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