电化学电容器由于具有能量密度高、功率密度高和成本低等优点,被认为是一种有发展潜力的能源存储装置。研究结果表明,电极材料是影响电化学电容器性能的关键因素之一。因此,开发综合电化学性质优异的纳米电极材料是改善电化学电容器性能的重要途径。四氧化三钴由于理论比电容大,作为电化学电容器电极材料的研究得到了广泛关注。但是,四氧化三钴的导电性较低,且在充放电过程中存在体积的膨胀/收缩,从而导致该类电极材料的电化学稳定性较差,限制了其在电化学电容器中的应用。为了克服四氧化三钴电极材料导电性低及循环稳定性差的突出问题,将四氧化三钻与导电性良好的石墨烯结合,期望制备的石墨烯/四氧化三钴电极材料能发挥两种材料的协同效应。本论文以氧化石墨纳米片和氢氧化钴纳米片为组装基本单元,通过纳米层组装技术及不同条件下的热处理,成功制备了石墨烯/四氧化三钴纳米电极材料。采用一系列的表征技术,对石墨烯/四氧化三钴纳米电极材料的结构和形貌进行了分析,系统地研究了制备材料在三电极体系中的电化学性质。全文分为绪论、实验和结论三大部分。第1章(绪论部分)阐述了电化学电容器电极材料的发展状况及存在问题,并且综述、分析和讨论了石墨烯、四氧化三钴和石墨烯基复合材料的结构、制备方法以及应用。第2章到第4章为实验部分。第2章首先采用溶剂热法制备了α-层状氢氧化钴,研究了其插层反应及剥离反应过程,制备得到了氢氧化钴纳米层分散液。第3章以氧化石墨(GO)纳米层和氢氧化钴(Co(OH)2)纳米层为基本组装单元,采用絮凝法及热处理技术,制备了石墨烯/四氧化三钴(RGO/CO3O4)纳米电极材料。第4章对制备得到的RGO/CO3O4纳米电极材料电化学性质进行了系统研究。第5章为全文总结。在130℃均相溶剂热条件下反应3h,制备得到了形貌规整、结晶度高的a-Co(OH)2。通过研究a-Co(OH)2的插层反应,探讨了反应温度和时间对该反应及产物相转变的影响,最终制备得到了ClO4-插层的Co(OH)2(ClO4--α-Co(OH)2)。 ClO4--α-Co(OH)2在甲酰胺中超声、搅拌剥离及离心处理后,制备得到了Co(OH)2纳米层悬浮液。将所制备的Co(OH)2纳米层分散液和GO纳米层分散液按不同质量比进行絮凝聚沉,制备得到了GO/Co(OH)2纳米复合材料。在调节热处理气氛、温度和时间等反应参数基础上,GO/Co(OH)2纳米复合材料最终转变为RGO/CO3O4纳米电极材料。采用XRD、FESEM、TEM、FT-IR、AFM和XPS测试,对所制备的不同反应阶段产物进行了晶相及形貌分析。研究结果表明,所制备的RGO/CO3O4纳米电极材料具有多层块体形貌,多孔C0304均匀分布在RGO纳米层上。多孔C03O4的存在有效阻碍了RGO的重组,使RGO呈无定型态存在于制备材料中。以制作的RGO/CO3O4纳米电极为工作电极,甘汞电极为参比电极,Pt电极为对电极,在6mol L-1KOH电解液中对该电极进行了循环伏安、恒流充放电和交流阻抗测试。同时,测定了RGO和C0304电极的电化学性质,与RGO/CO3O4电极进行了对比研究。测试结果表明,在电流密度为5Ag-1时,C0304含量为94.3%的RGO/CO3O4电极材料拥有最大的质量比电容331F g-1,其电容值明显优于同等条件下测试的RGO (91F g-1)和Co3O4(186F g-1)电极的比电容。交流阻抗测试及循环稳定性测试表明,RGO/CO3O4(94.3%)电极拥有更小内阻及扩散电阻,5000次持续充放电后,电容保持率为122%。