论文部分内容阅读
本文主要利用溶剂热法制备了不同形貌结构的氟掺杂石墨烯材料,并将其分别应用于超级电容器、锂离子电池和钠离子电池等电化学储能领域。首先选用氧化石墨烯（GO）和氢氟酸（HF）采用水热法在不同温度下制备了氟掺杂石墨烯水凝胶（FGH）。当温度处在90-150℃之间能够进行氟掺杂,并且氟原子在掺杂石墨烯中以C-F半离子键和C-F共价键型存在。氟掺杂会破坏石墨烯表面的规整结构,增大石墨烯无序度,在表面生成大量的褶皱结构。根据试验现象探讨水热环境中的氟掺杂机理。其次采用滴涂法制备了氧化石墨烯薄膜（GOP）,并通过溶剂热法制备了氟氮双掺杂石墨烯薄膜（FNGP）。其中C-F半离子键的存在能够提升薄膜的导电性。FNGP-120的拉伸强度可达43.5 MPa,杨氏模量达9.5 GPa,并且能够无损的多次弯折,具有优异的力学强度和柔韧性。选择还原石墨烯（rGO）通过溶剂热法制备了含有特定含氟官能团的氟掺杂石墨烯（F-rGO）。由于rGO中存在C=O以及C-O结构,经过氟掺杂之后会形成-CF2和-CF结构。通过锂离子电池测试,发现氟掺杂不仅能够增加反应活性位点,提高比容量,而且高稳定性和电化学惰性的-CF2基团能够保证长循环周期中石墨烯纳米结构的完整性,起到保护和维持石墨烯结构的作用,在大倍率循环中能够表现出优秀的长程稳定性。利用FGH制备无需导电剂和粘结剂的超级电容器电极,研究其电化学储能性能。由于FGH中存在氧化还原反应,能够提供额外的赝电容性能。三电极体系中FGH-150在1 A g-1电流密度下比容量为227 F g-1。对称双电极体系中,在电流密度为50 A g-1时能够得到最大的功率密度,为50.05 kW kg-1,表现出优异的功率密度。将FNGP作为自支撑的钠离子电池负极并研究其电化学性能。FNGP-120钠离子存储能力主要通过钠离子在石墨烯层间嵌入/脱出实现。得益于氟掺杂产生更多的活性点位,扩大的层间距为钠离子穿梭提供便捷通道,FNGP-120表现出优异的性能,经过100圈循环容量仍有203 mAh g-1,并且能够在1000 mA g-1下稳定循环5000圈。作为柔性电极其能够在弯曲状态下保持稳定放电,并且循环之后仍能够保持薄膜形状和结构的完整。