石墨烯/金属有机配合物复合电极材料的制备与性能

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:keremslr
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超级电容器因其功率密度高、循环稳定性好、充放电速率快被认为是很有前景的新一代储能器件。进一步提高超级电容器的比电容和电化学稳定性,可采用多种组分复合的方式来制备电极材料。石墨烯作为重要的超级电容器电极材料,其氧化还原剥离程度、功能化接枝及与其它赝电容材料复合都是当今研究中的重点和难点。本论文就上述问题主要进行了以下研究:1.首先利用经典的Hummers法化学氧化剥离制备了氧化石墨烯(GO),又通过简单的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂还原法将其还原制备成还原石墨烯(rGO-DMF)并抽滤制成超柔性石墨烯纸。该石墨烯纸电化学性能良好,可作为柔性电极材料,有良好的应用前景。rGO-DMF还原程度高,C/O原子比高达12.4,而后采用傅立叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、气相色谱-质谱联用(GC-MS)等测试手段分析探讨了DMF还原氧化石墨烯的机理。2.制备好的氧化石墨烯通过简单的一步高温溶剂回流法将1,5-二氨基蒽醌(DAAQ)接枝上进行氨基功能化,同时加入廉价的、环境相容性好的七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)与1,5-二氨基蒽醌配位,最终制得还原石墨烯/铁离子氨基蒽醌配合物(rGO-DAAQ/Fe)。1,5-二氨基蒽醌的平面结构不仅可以提供双电层电容,其存在还能阻止石墨烯团聚,1,5-二氨基蒽醌的N、O原子与铁离子配位后还可以提供较大的赝电容,最终产物通过循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)、电化学阻抗谱(EIS)等测试比电容高达377.5 F g-1,是一种性能优良的超级电容器电极材料。3.在上述研究的基础上,通过原位聚合法将聚苯胺氧化聚合在rGO-DAAQ/Fe上,制得还原石墨烯/铁离子氨基蒽醌配合物/聚苯胺三元复合电极材料(rGO-DAAQ/Fe-PANI),聚苯胺原料价格低廉、合成简单,可以提供赝电容。为了寻求最佳性能,分别制备了r GO-DAAQ/Fe与苯胺单体(Ani)质量比为2:1、1:1、1:2、1:3、1:4的多种三元复合电极材料。电化学测试结果表明,1:2比例的rGO-DAAQ/Fe-PANI三元复合材料具有最好的电化学性能,在0.5 A g-1的电流密度下比电容高达612.7 F g-1,循环1000次后依然保留有83%的比电容,是一种很有应用前景的超级电容器电极材料。
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