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石墨烯是单碳原子层厚度的二维蜂窝状结构晶体,因其具有优异的热、力、光、电等性能,而在电子器件、能量存储、传感器、复合材料等领域具有广泛的应用前景。本论文旨在针对“还原石墨烯片(RGO)的制备及其性能研究”方面开展前瞻性的工作,以期对石墨烯的实际生产提供理论和实验依据。主要实验内容和结论如下:
(1)RGO片的表面性能调控及其电化学性能研究。将真空辅助低温热膨胀氧化石墨(GO)所得RGO在不同温度下梯度炭化处理,系统考察RGO在不同温度热处理过程中表面形貌、晶体结构、元素组成、官能团含量,比表面积等随温度的变化规律及其对超级电容器的电化学性质的影响。结果表明,表面含氧官能团的种类和数量均随热处理温度的升高而降低,主要也是由于这些表面化学性能的不同,使其电容性能差异较大。当充放电电流密度均为0.5A/g时,G250的比电容最高,可达331F/g;G1000的比电容最低,仅为45F/g。
(2)可分散RGO悬浮液的制备及其自组装成膜。以PVP为分散剂,水合肼为还原剂,对氧化石墨烯(GOs)水溶胶进行化学还原,制得可均匀分散的RGO悬浮液,通过真空过滤能自组装,得到PVP-RGO薄膜。XRD,UV-Vis,FT-IR,TG等分析数据表明,GOs得到了有效还原,环氧基和羰基等含氧官能团大部分被去除,且因PVP与RGO间强的π-π相互作用,使得PVP包覆在RGO表面,可有效防止RGO间的相互团聚。
(3)柠檬酸钠绿色还原法制备RGO及其电化学性能研究。采用柠檬酸钠为绿色还原剂,对GOs水溶胶进行化学还原制备RGO。XRD,Raman,FT-IR,XPS等分析数据表明GOs的含氧官能团大部分被去除,相应C/O原子比由2.26增大至5.14,说明GOs得到了有效还原。恒流充放电测试表明,所得RGO具有较高的比电容,当电流密度为0.1A/g时,比电容为94.5F/g。