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随着环境污染和能源危机的加重,绿色储能设备越来越受到人们的广泛关注,随着科技的迅速发展,人工智能产品日新月异,人们对高性能电源的需求量也越来越大。超级电容器因具有比功率高、充放电速率快、循环寿命长,无污染等许多显著优势,在储能、汽车、电力、国防、消费电子品等方面有着巨大的应用价值和市场潜力。然而受限于较低的能量密度,超级电容器的发展受到了制约。因此,研究和开发性能优良的电极材料成为发展超级电容器的关键。过渡金属氧化物赝电容材料普遍具有较高的理论比容,但由于比表面积低,离子和电子扩散传导能力差,使得材料的体相原子甚至部分表面没有被有效利用,从而具有较低的实际比容。为了使更多的体相原子在充放电过程中能被有效利用,制备具有二维薄片形貌的材料,减少在充放电过程中电子和离子需要扩散的的纵向深度,从而提高原子利用率。为了改善导电性,增加电子和离子的扩散效率,同时将材料与具有高导电性和高比表面的石墨烯进行复合,有望于获得具高电容特性的材料。因此,本文的具体内容如下: (1)采用一步水热法制备得钼酸镍纳米片(NiMoO4 NS)和还原氧化石墨烯(RGO)复合材料NiMoO4 NS/RGO。通过SEM、TEM、XRD、Raman、比表面积和孔径分布等表征手段,证明所制备的复合材料中,NiMoO4为纳米片结构,且能够被薄膜结构的RGO充分良好地包裹,形成“面对面”接触模式。对所制备的材料进行了电化学性能测试,在1 A/g的电流密度下,NiMoO4纳米片的比电容为1048F/g,而NiMoO4 NS/RGO复合材料比电容则高达1888F/g,当电流密度增大到10A/g时,比电容为1270F/g,依然表现出良好的性能,保持率为67.3%。经交流阻抗测试表明,复合电极具有更低的电子转移阻抗。在3000次循环寿命测试中,NiMoO4 NS/RGO的比电容在前700圈下降较快,而在后2300圈中,比电容仅下降了5.1%,且保持稳定;同时3000次循环后,其性能也优于空白NiMoO4纳米片。由此可见,通过形成“面对面”接触模式,具有薄膜结构的RGO与片状的金属氧化物能够非常良好地接触,从而充分发挥出RGO优秀的导电网络和大比表面积的特性,增加材料润湿性,从而提高离子和电子扩散效率,改善电极材料的电容性能。 (2)通过PDDA改性制备出表面带有正电荷的功能化还原氧化石墨烯(简称PRGO),以及表面带有负电荷的超薄二氧化锰纳米片,再通过静电自组装法得到PRGO/MnO2复合材料。首先通过SEM、TEM、XRD、XPS、EDX和AFM等表征手段研究了PRGO和超薄MnO2纳米片的微观结构和形貌特征,并证明了在PRGO/MnO2复合材料中,两者能形成良好的交叠均匀分布模式,没有明显的各自团聚和堆叠现象。但在电化学性能测试中,与空白MnO2纳米片相比,制备的PRGO/MnO2复合材料虽然在电子转移阻抗和传质阻抗方面性能更优,但整体比电容量却基本没有提高。而且PROG/MnO2的整体电化学性能也低于简单物理混合的RGO-MnO2。进一步研究表明,静电组装和简单直接混合两方法下形貌有明显差异,静电自组装的复合材料形貌均匀统一,不会相互分离,更有利于使材料性能的提升。但PDDA改性后的PRGO的电导率只有0.014S/m,而空白RGO的电导率为21.28S/m,两者相差了1500倍。所以PRGO过低的导电性使复合后PRGO/MnO2的导电性能并没有得到良好改善,这也是导致复合材料比电容值没有实际提高的主要原因。由此可知,静电自组装法虽然可以使PRGO和MnO2纳米片形成良好的交叠均匀分布模式,但是PRGO的导电性仍需进一步完善。