石墨烯及其復(fù)合薄膜在電極材料中的研究.pdf

1、石墨烯具有諸多優(yōu)良的性能，如良好的導(dǎo)電性與透光性，較高的比表面積等，在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的研究和應(yīng)用。本文重點(diǎn)研究了石墨烯及石墨烯復(fù)合材料的制備及其在超級(jí)電容器及透明導(dǎo)電電極材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。
　　采用Hummer's氧化法制備氧化石墨烯(GO)，再利用氧化石墨烯的成膜性及其片層間的π-π堆疊作用制備氧化石墨烯自支撐柔性薄膜材料。使用6種還原方法(HI，H2SO4，HI+H2SO4，NaOH，N2H4及NaBH4還原)對(duì)氧化石墨烯自

2、支撐柔性薄膜材料進(jìn)行還原，比較還原后還原氧化石墨烯薄膜(RGO)的膜結(jié)構(gòu)的完整性及電導(dǎo)率。結(jié)果表明各還原方法均可還原氧化石墨烯自支撐柔性薄膜材料。其中HI還原的RGO自支撐薄膜材料膜結(jié)構(gòu)保持完整，且電導(dǎo)率遠(yuǎn)高于其他方法還原的RGO薄膜。 H2SO4及NaOH還原的RGO自支撐薄膜結(jié)構(gòu)卷曲;N2H4及NaBH4還原的RGO自支撐薄膜由于還原過程中反應(yīng)較劇烈而不能保持RGO自支撐薄膜完整的膜結(jié)構(gòu)，不能滿足后續(xù)的研究要求。
　　采用一種

3、低溫溶液共還原過程，可以同時(shí)還原GO及金屬納米顆粒，再通過浸漬提拉法成功制備出RGO，RGO-Cu，RGO-Ag及RGO-Ag-Cu復(fù)合透明導(dǎo)電電極材料。對(duì)各樣品進(jìn)行電學(xué)性能及光學(xué)性能的研究，結(jié)果表明金屬納米顆粒的加入能有效改善RGO透明導(dǎo)電電極的電導(dǎo)率，且Ag對(duì)復(fù)合材料電導(dǎo)率的提升要大于Cu納米顆粒。隨著金屬納米顆粒含量的增加，復(fù)合透明導(dǎo)電電極的電導(dǎo)率逐漸增加，但透光率卻逐漸下降。通過優(yōu)化復(fù)合透明導(dǎo)電電極中金屬顆粒的含量，可以使透明導(dǎo)

4、電電極材料兼具優(yōu)良的導(dǎo)電性及透光性。制備了RGO-Ag-Cu三相復(fù)合透明導(dǎo)電電極材料。通過調(diào)節(jié)三相復(fù)合材料中Ag納米顆粒和Cu納米顆粒濃度，可以得到成本低于RGO-Ag，電學(xué)性能高于RGO-Cu的三相復(fù)合透明導(dǎo)電電極。
　　使用溶液蒸發(fā)法，采用聚苯乙烯微球作為可去除模板，制備了多孔自支撐紙狀RGO薄膜電極材料，并通過電沉積方法制在其表面沉積了聚吡咯(PPy)涂層，最終得到多孔石墨烯-PPy復(fù)合材料。CV測(cè)試及恒流源充放電測(cè)試結(jié)果表

5、明PPy對(duì)提升自支撐紙狀RGO薄膜電極材料的電導(dǎo)率及電容具有顯著的效果。研究結(jié)果還表明復(fù)合多孔結(jié)構(gòu)比提升電導(dǎo)率更有益于電極材料電化學(xué)性能的提升。具有多孔結(jié)構(gòu)，并具有PPy涂層的多孔石墨烯-PPy復(fù)合自支撐紙狀薄膜電極材料具有較優(yōu)的比電容。但是由于PPy的電化學(xué)不穩(wěn)定性，多孔石墨烯-PPy復(fù)合自支撐紙狀薄膜電極材料的電化學(xué)穩(wěn)定性相對(duì)較差。
　　通過溶液蒸發(fā)法及電化學(xué)沉積法制備了自支撐柔性TiO2-G-PPy復(fù)合薄膜超級(jí)電容器電極材料

6、。 TiO2的引入有效的提升了復(fù)合電極材料電容及電化學(xué)穩(wěn)定性。當(dāng)TiO2在TiO2-G-PPy復(fù)合薄膜中的含量達(dá)到14.6％的時(shí)候，復(fù)合電極材料具有最高的電容及電化學(xué)穩(wěn)定性。電化學(xué)沉積的PPy涂層對(duì)電極材料電學(xué)性能的影響相當(dāng)顯著，可以有效提升電化學(xué)測(cè)試過程中電極材料的電流密度，進(jìn)而提升復(fù)合電極材料的電容。但PPy由于其自身的電化學(xué)不穩(wěn)定性在一定程度上影響了TiO2-G-PPy及G-PPy復(fù)合材料的電化學(xué)穩(wěn)定性。TiO2-G-PPy具有較