超级电容器构造原理简单,维护成本较低,具有功率密度高、使用寿命长以及可逆性好等优点,受到了研究者及各国政府的高度关注。超级电容器主要由外壳、电极材料、电解液和隔膜四大部分组成,其中电极材料是超级电容器的核心部件,决定了器件比容量、倍率性能、循环寿命、自放电和阻抗等性能表现。石墨烯是一种具有高比表面积、高载流子迁移率和高热导率的特殊二维碳材料,是下一代超级电容器新型电极材料候选。然而,石墨烯片层之间存在的范德华力和π-π作用力,导致片层容易堆叠,使得电解液离子可接触的比表面积减少,离子传输也会受到限制,最终导致双电层比电容值较低,难以达到理想的器件性能。四氧化三钴(Co3O4)具有储量丰富、环境友好、耐腐蚀以及理论电容值高等优点,但因其半导体特征而具有导电性差以及循环稳定性不高的缺点,严重制约了其作为电极材料的进一步应用。在一定条件下,将石墨烯与Co3O4两种材料杂化复合,期待能够发挥石墨烯导电性能好和四氧化三钴赝电容高的优势而达到性能互补。但是,复合杂化对Co3O4本身的化学反应活性没有显著改善,导致其储能特性依然不够理想。本文以次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)为磷源,通过热解磷源对制备的石墨烯与不同形貌Co3O4杂化复合材料进行磷化,以达到改善石墨烯/四氧化三钴复合电极材料电化学性质。通过改变磷化温度、时间以及磷化质量比等参数,系统研究了磷化条件对磷化试样形貌、结构、组成及电化学性质的影响,主要研究内容如下:(1)采用低温液相法制备GO/Co(OH)2纳米颗粒前驱体,GO/Co(OH)2纳米颗粒前驱体在空气中275℃低温锻烧2 h,随后氮气气氛下500℃煅烧90 min,制备具有良好结晶性RGO/Co3O4纳米颗粒复合材料。通过研究煅烧所得产物的形貌和结构,探索良好结晶性RGO/Co3O4纳米颗粒复合材料制备最佳条件,期待复合材料中GO可被有效热还原为RGO,Co3O4纳米颗粒均匀地负载于石墨烯片层。在制备得到良好结晶性.RGO/Co3O4纳米颗粒复合材料基础上,将其与热解的次亚磷酸钠反应,在不同次亚磷酸钠与RGO/Co3O4纳米颗粒复合材料质量比,不同处理温度及处理时间条件下,研究磷化处理RGO/Co3O4纳米颗粒复合材料的最佳条件。以磷化处理最佳条件所得试样电极为工作电极,在三电极体系和6 M KOH电解液中,测定所得试样电极的循环伏安曲线(CV)及恒流充放电曲线(GCD),研究磷化处理对于制备电极电化学性质改善规律。研究结果表明,良好结晶性RGO/Co3O4纳米颗粒复合材料惰性气氛下在250℃磷化处理30 min,得到了最优磷化RGO/Co3O4纳米颗粒复合材料。磷化处理试样的晶相受磷化参数的影响较大,较高磷化温度及磷化质量比例会导致CoP或CoO等杂相的生成。最佳磷化处理试样电极显示了改善的比电容及倍率性能,最佳磷化条件所得试样电极PIF-RGO/Co-275-500在电流密度为1 A g-1条件下的质量比电容为330 F g-1,当电流密度提高到20 A g-1时,电容保持率可达71.2%,磷化处理改善了复合材料电容及倍率性能。(2)以表面活性剂P123为形貌导向剂,采用低温液相法制备GO/Co(OH)2纳米片复合前驱体。GO/Co(OH)2纳米片复合前驱体在空气气氛下275℃低温煅烧2 h,随后在N2气气氛中500℃煅烧90 min制备得到RGO/Co304纳米片复合材料。煅烧过程中因水分蒸发及晶型变化造成体积收缩,期待使得制备复合产物中的Co304纳米片孔洞化。同时,大小约1 μm的Co304纳米片能较为均匀地负载于石墨烯片层表面,而复合材料中GO被有效热还原为RGO。通过改变磷化温度、时间以及磷化质量比等参数,探索RGO/Co304纳米片复合材料磷化处理的最佳条件。磷化处理试样的最佳条件是在惰性气氛、磷化质量比为10,225℃的管式炉中磷化处理30 min。通过磷化处理,期待进一步改善磷化处理试样电极的电容性能及倍率性能。最佳磷化条件所得试样电极PIF-RGO/Co304-35在电流密度为1 A g-1条件下的质量比电容高达448 F g-1,当电流密度增大到10 A g-1时,电容保持率为78%,显著高于未磷化处理试样电极RGO/Co304-35的电容性质。同时,磷化处理试样电极PIF-RGO/Co304-35在电流密度为10 A g-1条件下循环5000圈后,其电容保持率为117%,显示良好的循环稳定性,说明磷化处理能够有效改善复合材料的电容性能及倍率性能。磷化处理导致材料电极电化学性能改善的主要原因是试样中Co3O4表面生成的(H2PO4)-和(PO3)-基团提高了电解质离子的扩散速率,降低了电荷的转移电阻。同时,磷化反应过程中生成的中间磷化产物拥有比Co304更高的反应活性,促使磷化试样在电解液中能够更加快速、有效的发生氧化还原反应,磷化处理技术为四氧化三钴基电极材料的性能改善提供了新的思路。