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石墨烯/氧化镍三明治纳米复合材料的制备及电化学性质研究

作　者: 孙峰
导　师: 杨全红
学　校: 天津大学
专　业: 应用化学
关键词: 超级电容器石墨烯/氧化物复合材料均相共生法共沉淀法三明治结构
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

超级电容器作为一种新型储能装置,与电池相比具有较高的比功率,与传统电容器相比具有较高的比能量,且容量大,运行温度范围宽,循环寿命长,近来引起了人们的广泛关注。当前,超级电容器研究的重点是电极材料和电解液,其中电极材料是超级电容器的核心。石墨烯,作为一种新型二维材料,由于其突出的电学、光学和力学性质,成为当前纳米科学的一个研究热点。鉴于石墨烯是构成其他sp2碳材料的基本结构单元,研究人员正尝试着以此为基点构建纳米和宏观结构。石墨烯/金属氧化物复合材料就是在这样的背景下出现的,它兼具了石墨烯和金属氧化物的优点,有望成为未来高效能源装置的电极材料。本文中我们提出了两种制备石墨烯/氧化镍复合材料的方法—均相共生法和共沉淀法。共沉淀法是以石墨烯作为氧化还原反应的基体,通过镍盐与碱反应在石墨烯表面沉积氢氧化镍,然后热处理制得复合材料。微观结构表征显示,氧化镍颗粒分布不均,发生明显的团聚现象。电化学性能测试显示其最大比电容为156F/g,但倍率特性很差。均相共生法是以氧化石墨为初始原料,通过氧化石墨烯和硝酸镍均相混合,然后置于缓慢干燥的条件下,最终通过真空热解理为石墨烯/氧化镍(GN-NiO)复合材料。每层石墨烯片上都均匀分布着纳米级氧化镍,而这些被修饰的石墨烯聚集成层状结构,构成了石墨烯-氧化镍-石墨烯层状三明治结构。GN-NiO粉体材料的比电容是相应石墨烯的2倍以上,且1000个循环后的保持率在88%左右。在1000mA/g的电流密度下,能量密度和功率密度分别达到32.8Wh/kg和983W/kg,具有优异的长时间使用能力。通过此法我们制备了石墨烯/四氧化三铁复合材料,结果显示这是一种制备三明治复合材料普适方法。

石墨烯/氧化镍三明治纳米复合材料的制备及电化学性质研究

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