铁氧化物/石墨烯纳米复合材料的制备及超级电容性能研究

论文摘要

石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料,从2004年首次报道独立存在的石墨烯以来,由于其优异的物理、化学、力学和热学性能,受到了世界的广泛关注。金属氧化物/石墨烯纳米复合材料结合了金属氧化物与石墨烯的优点。一方面石墨烯具有很大的比表面积,且表面有许多含氧官能团,有利于金属氧化物纳米结构在石墨烯表面成核生长,另一方面,引入金属氧化物,对石墨烯起到空间阻隔的作用,降低了石墨烯片层之间的团聚,保留石墨烯的大比表面积的优点。本文采用膨胀石墨为原料,通过Hummers方法合成了具有高氧化程度的氧化石墨,随后用水合肼还原获得石墨烯。通过一步化学法合成了a-FeOOH纳米棒/石墨烯复合材料,a-FeOOH纳米棒的形成以及氧化石墨的还原同步完成,研究了它在Na2SO3电解液体系中的超级电容性能,电化学测试证实它有165.5 F g-1的比容量,而且循环性能优异。对a-FeOOH/石墨烯的复合材料在H2中进行还原获得了Fe304/石墨烯复合材料,研究了组分质量比（Fe304：石墨烯）对复合材料的微结构及电化学性能的影响。研究发现当Fe304与石墨烯的质量比为76：24时,获得了较高的比容量262.1 F g-1,而且在1000次循环后仍能保持容量不变。而a-FeOOH/石墨烯的复合材料在N2中进行热处理,则获得了Fe203多孔纳米棒／石墨复合材料,并对它的结构进行了表征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 石墨烯简介
• 1.2.1 石墨烯的性能
• 1.2.2 石墨烯的制备方法
• 1.3 石墨烯及其复合材料能量存储方面的应用
• 1.3.1 在锂离子电池中的应用
• 1.3.2 在超级电容器中的应用
• 1.4 测试表征方法基本原理简介
• 1.4.1 微结构分析测试方法
• 1.4.2 电化学测试方法
• 1.5 课题的提出与研究意义
• 第二章 氧化石墨及石墨烯的制备与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要药品和仪器
• 2.2.2 氧化石墨的制备
• 2.2.3 氧化石墨还原法制备石墨烯
• 2.2.4 样品的测试与表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 膨胀石墨的SEM和XRD表征
• 2.3.2 氧化石墨的SEM和TEM表征
• 2.3.3 氧化石墨的XRD和XPS表征
• 2.3.4 氧化石墨的AFM表征
• 2.3.5 氧化石墨的拉曼光谱表征
• 2.3.6 氧化石墨的FT-IR和UV-vis光谱分析
• 2.3.7 氧化石墨的热稳定性
• 2.3.8 氧化石墨烯的还原（化学还原方法获得石墨烯）
• 2.4 本章小结
• 第三章 FeOOH/RGO复合材料的制备及其超级电容性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 复合材料的制备与表征
• 3.2.1 主要药品和仪器
• 3.2.2 复合材料的制备
• 3.2.3 复合材料的表征
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 3O₄/Graphene复合材料的制备及其电容性能研究'>第四章 Fe₃O₄/Graphene复合材料的制备及其电容性能研究
• 4.1 引言
• 3O₄/Graphene复合材料的制备'>4.2 Fe₃O₄/Graphene复合材料的制备
• 4.2.1 主要药品和仪器
• 3O₄/Graphene复合材料的制备'>4.2.2 Fe₃O₄/Graphene复合材料的制备
• 3O₄/Graphene复合材料的表征'>4.2.3 Fe₃O₄/Graphene复合材料的表征
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 TG分析
• 4.3.2 XRD分析
• 4.3.3 SEM和TEM分析
• 3O₄与石墨烯质量比对复合材料微结构的影响'>4.3.4 BET分析及Fe₃O₄与石墨烯质量比对复合材料微结构的影响
• 4.3.5 FT-IR、Raman和XPS分析
• 4.3.6 电化学测试结果
• 2O₃多孔纳米棒/石墨烯复合材料的制备及表征'>4.4 Fe₂O₃多孔纳米棒/石墨烯复合材料的制备及表征
• 2O₃多孔纳米棒/石墨烯复合材料的制备'>4.4.1 Fe₂O₃多孔纳米棒/石墨烯复合材料的制备
• 2O₃多孔纳米棒/石墨烯复合材料的表征'>4.4.2 Fe₂O₃多孔纳米棒/石墨烯复合材料的表征
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果