超级电容器具有功率密度高、循环寿命长、充放电速度快和对环境无污染等特点,是一种很有应用前景的电化学储能设备。其中,电极材料的选择在很大程度上决定着超级电容器的性能。石墨烯作为新型碳材料,具有导电性好、稳定性高、理论比表面积大、电压窗口宽等独特的性能,成为目前超级电容器电极材料的研究热点。目前,石墨烯的制备方法有很多种,包括:微机械剥离法、外延生长法、化学气相沉积法、氧化还原法等,其中,氧化还原法是最有希望实现石墨烯批量生产的方法。氧化石墨烯(GO)还原过程中,经常发生团聚而降低比表面积,影响其作为超级电容器电极材料的使用。利用水热还原方法,将氧化石墨烯构建成具有三维多孔结构的还原氧化石墨烯(RGO)能在一定程度上避免石墨烯的堆叠,但从目前的研究结果看,所获得材料的比表面积和比容量离石墨烯的理论预测值仍有较大的差距。因此,本论文利用GO水热还原制备RGO的过程中,通过向体系中加入不同的电解质,调控GO的表面电荷及GO片层之间的相互作用以及GO的聚集行为,制备了具有不同聚集结构和褶皱程度的RGO,并研究其作为超级电容器电极材料的电化学性能。主要研究内容如下:(1)一价阳离子盐NaCl电解质的引入对石墨烯表面聚集结构的调控。采用改进的Hummers法制备GO溶液,在其中加入不同浓度的氯化钠电解质,调节GO表面电荷,然后水热还原制备RGO。所得样品采用扫描电镜、比表面积测试、XRD、XPS等方法分析了材料的形貌、组成和结构等,并研究其作为超级电容器电极材料的电化学性能。结果发现随着NaCl的加入,RGO逐渐由富含褶皱的三维多孔结构转变为易分散、少褶皱、少团聚的石墨烯片。电容性能评价结果表明,在160 °℃水热条件下,氯化钠辅助制备的RGO能提高样品的电容性能:0.05M氯化钠辅助条件下制备的样品(RGO-Na-0.05M),在0.1A/g时容量可达274.3 F/g,对比纯RGO在0.1A/g时比容量为254.1 F/g,提高了 8.0%,且其在10A/g时仍能保持218.4 F/g。RGO-Na-1M样品在大倍率下性能最优,在80 A/g时容量仍可保持185.4 F/g,相比纯RGO样品提高了 12.6%。而当氯化钠浓度提高到1M时,石墨烯片的褶皱程度降低,对应的气态比表面积显著降低,但其电化学性能对比纯水中所制备样品RGO并未降低。表明以氯化钠作为电解质,能显著影响石墨烯的聚集行为,调控聚集结构,使所制备的材料具有较高的比容量、良好的倍率性能和优异的循环性能。(2)不同价态阳离子电解质对石墨烯表面聚集结构的调控。镁离子、铝离子比钠离子带有更多的电荷,当选择氯化镁或氯化铝作为电解质时,相同浓度的高价态Mg2+或Al3+比一价Na+对GO表面电荷影响大。当采用氯化镁作为GO聚集结构调控剂,水热还原制备RGO时发现,溶液中加入少量的氯化镁时即可制备褶皱程度较小的RGO片,然而区别于氯化钠,当氯化镁浓度在一定范围内逐渐增加时,RGO片的褶皱程度又显著增加,并伴随着电化学性能的提高:当体系中含2.5M氯化镁水热还原制得的样品在电流密度为0.1 A/g时比容量为280.2 F/g,10 A/g时比容量仍能达到220.2 F/g,均高于一价Na+的作用影响。(3)利用氧化石墨烯表面带负电荷的特点,采用氯化钠作为聚集结构调节剂,一价阳离子Na+与GO发生静电相互作用,调控石墨烯表面电荷,将其直接和GO溶液混合,然后采用喷雾干燥-热还原的方法制备RGO。结果表明,采用喷雾干燥-热还原方法所得样品具有比水热还原方法更高的比容量,加1M氯化钠的样品在0.1 A/g的电流密度下比容量达到325.3 F/g。上述研究结果表明,水溶性盐加入到GO溶液中,能显著的改变GO片层的表面电荷,进而影响其聚集方式和产物的形貌、结构。并且,在电解质辅助条件下,不论是通过水热还原还是喷雾干燥-热还原的方式,都能显著提高产物作为超级电容器电极材料的电化学性能。本方法操作简单,无需复杂设备,绿色环保,产物性能优异,具有一定重要的应用价值。