石墨烯-氧化鎳復合材料的制備及其電化學性能研究.pdf

1、隨著化石能源等不可再生資源的不斷消耗，以及人們對于環(huán)境保護的要求不斷加深，當今世界的能源危機和環(huán)境問題已經成為了人類面臨的重大問題，人們通過尋找新型能源來解決這兩個問題。這些新型能源一般是通過電能的形式儲存起來，這時候就非常迫切需要一種綠色、高效的新型儲能器件。超級電容器是一種新型的儲能器件，它具有比鋰電池更高的功率密度和循環(huán)壽命，以及比傳統(tǒng)電容器更大的能量密度。超級電容器具有兩種儲能機理，一種是雙電層電容機理，一種是贗電容機理。人們一

2、般將提供雙電層電容的碳材料與提供贗電容的金屬氧化物復合起來，以便得到同時提供雙電層電容和贗電容，從而電化學性能更加優(yōu)越的超級電容器。本文主要研究了在不同醇類的作用下，制備出石墨烯/氧化鎳復合材料，并研究了該復合材料的電化學性能。醇類的存在，是作為高毒性和高刺激性還原劑的替代品，用來將氧化石墨還原成石墨烯。具體的研究內容在以下幾個方面:
　　1.使用改進的Hummers法中制備出來的氧化石墨(GO)作為原料，然后再將GO溶液和Ni(

3、NO3)2·6H2O溶液以及苯甲醇按照一定的比率混合起來，經過水熱反應以及隨后的微波熱處理，就可以得到石墨烯/氧化鎳復合材料（G/NiO）。為了研究水熱溫度對材料的影響，選擇了不同的水熱溫度(100-250℃)。通過XRD，證實了制備出來的材料是石墨烯/氧化鎳復合材料。TGA和XPS測試發(fā)現(xiàn)，在200℃水熱溫度下合成的G/NiO-200是一種結構穩(wěn)定，還原程度較好，且NiO的含量最高的復合材料。SEM和TEM的測試結果顯示，所得石墨烯/

4、氧化鎳復合材料是一種球-片結構，NiO納米顆粒均勻地分散在石墨烯納米片上。電化學性能測試發(fā)現(xiàn)，G/NiO-200復合材料基超級電容器在1 Ag-1的電流密度下，比電容量可以達到530 Fg-1,遠高于純石墨烯基超級電容器，也高于其它水熱溫度下G/NiO復合材料基超級電容器;循環(huán)壽命方面，在5000次循環(huán)后，依然還有490 F g-1(92％)的剩余比電容量，顯示了良好的循環(huán)性能。
　　2.使用改進的Hummers法中制備出來的氧化

5、石墨(GO)作為原料，然后再將GO溶液和Ni(NO3)2·6H2O溶液以及丙二醇按照一定的比率混合起來，經過水熱反應以及隨后的微波熱處理，就可以得到石墨烯/氧化鎳復合材料（G/NiO）。為了研究還原劑含量對材料的影響，從而丙二醇的添加量分別為（0％、1％、5％和10％）。XRD的結果證實了所制備的材料是石墨烯/氧化鎳復合材料。TGA和XPS的研究結果發(fā)現(xiàn)，丙二醇的添加量為1％時，所得到的G/NiO-2復合材料還原效果不錯，且NiO的含量

6、最高。SEM和TEM測試發(fā)現(xiàn)，所制備的G/NiO復合材料是一種球-片結構，NiO納米顆粒均勻地固定在石墨烯納米片上。電化學性能測試結果顯示，G/NiO-2復合材料基超級電容器在1 Ag-1的電流密度下，比電容量可以達到357 F g-1,高于其它丙二醇添加量下G/NiO復合材料基超級電容器;經過在10000次循環(huán)后，依然還有336 F g-1(94％)的剩余比電容量，顯示出了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　3.使用改進的Hummers法中

7、制備出來的氧化石墨(GO)作為原料，然后再將GO溶液和Ni(NO3)2·6H2O溶液以及丙三醇按照一定的比率混合起來，經過水熱反應以及隨后的微波熱處理，就可以得到石墨烯/氧化鎳復合材料(G/N)。為了研究還原劑含量對材料的影響，從而分別添加不同含量（0％、1％、5％和10％）的丙三醇。XRD證明了所制備的材料是石墨烯/氧化鎳復合材料(G/N)。TGA和XPS的結果顯示，丙三醇的添加量為10％時，所制備的G/N-4是一種結構穩(wěn)定、還原效果