石墨烯的化學(xué)插層法制備及其在超級電容器中的應(yīng)用.pdf

1、石墨烯是一種新型二維炭材料，其諸多優(yōu)異的理化性質(zhì)引起世界各國的廣泛關(guān)注，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)石墨烯在微納電子器件、高靈敏傳感器、功能復(fù)合材料、儲能、催化等領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。然而，石墨烯功能材料尚未走進(jìn)尋常百姓生活，一個主要原因是當(dāng)前尚未能實現(xiàn)高質(zhì)量石墨烯的宏量制備?；瘜W(xué)插層法具有工藝簡單、條件溫和以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)缺陷少等顯著特點，這些優(yōu)勢天然地有利于實現(xiàn)石墨烯的宏量制備;超級電容器是一種性能介于二次電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型儲能裝置，具有

2、比二次電池更高的功率密度，比傳統(tǒng)電容器更高的能量密度。超級電容器因其功率密度高、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬、綠色環(huán)保無污染等優(yōu)點受到廣泛關(guān)注，石墨烯超大的比表面積、良好的導(dǎo)電性以及機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)點，在超級電容器領(lǐng)域顯示出巨大的潛力:本文以此作為切入點，一方面以成本低廉、工藝簡單、產(chǎn)品高品質(zhì)為技術(shù)要求設(shè)計新的石墨烯制備方法，另一方面以石墨烯作為超級電容器電極材料，研究比較哪些因素對超級電容器性能的影響是主要的哪些是次要的。取得的主要成果包括

3、:
　　一、設(shè)計了一種改進(jìn)的化學(xué)插層法，以(NH4)2S2O8、 H2SO4和H2O2為原料，實現(xiàn)了常溫下天然石墨在插層反應(yīng)的同時進(jìn)行充分地膨脹，省去了當(dāng)前化學(xué)插層法中800℃以上高溫或微波輻照這一必要條件，從而降低了成本，簡化了工藝。經(jīng)表征，制得的石墨烯具有良好的品質(zhì)。
　　二、基于化學(xué)插層法基本原理，提出“分子鏟”剝離制備法，即先將天然石墨通過混酸法制成酸插層石墨（也叫可膨脹石墨），利用芐胺分子上顯堿性的氨基與酸插層石墨

4、層間的酸性基團(tuán)由于酸堿中和而形成的“趨向力”，尺寸較大的芐胺分子就像“鏟子”一樣將石墨一層層“鏟開”得到石墨烯片。再將其分散到DMF中用真空抽濾法制成石墨烯透明導(dǎo)電膜，經(jīng)酸處理和空氣中退火后，測得其在80％透光度條件下方塊電阻值最低能達(dá)到350Ω/sq。
　　三、通過改進(jìn)的Hummer法制備氧化石墨烯，在不同溫度的氬氣中還原得到一系列熱還原氧化石墨烯(T-RGO)，將其作為超級電容器電極材料。運用電化學(xué)分析測試手段比較了比表面積、