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超级电容器作为绿色新型储能器件,凭借其快速充放电能力、循环寿命长、安全环保等特点吸引了研究人员的广泛关注。超级电容的性能主要取决于电极材料,因此电极材料的选择、制备及其性能研究成为重点研究对象。 本论文探索了一条在泡沫镍基体上直接原位生长硫化镍-石墨烯(RGO)复合材料的路线,通过简单的一步水热法,合成了形貌和结构可控的复合电极材料。该复合材料可以直接作为电极用于后续的电化学测试,展现出优异的电化学性能。具体的研究内容包括: (1) RGO/Ni3S2复合材料体系:采用直接生长的合成路线,以泡沫镍作为镍源和基体,以硫粉为硫源,通过在氧化石墨烯(GO)溶液中的水热法制备了RGO/Ni3S2复合材料。水热过程中,镍源和GO发生氧化还原反应,硫的存在使其进一步发生硫化作用转化为硫化镍。通过硫量和温度的控制可以合成出复合类型和微观形貌结构不同的材料。优化的样品展现出非常优异的超级电容性能:在10 mA cm-2的电流密度下对应的比容量为7440 mF cm-2(也就是在2.9A g-1电流密度下,比容量为2188.8 Fg-1)。 (2) Co9S8/RGO/Ni3S2复合材料体系:在RGO/Ni3S2复合材料合成条件的基础上,通过在水热的溶液中引入钴盐,从而构建了具有混合双组份金属硫化物组成的石墨烯复合材料Co9S8/RGO/Ni3S2。该复合材料具有三维花瓣状的网络结构,并且展现出极佳的电化学性能:在20 mA cm-2的电流密度下,与Co9S8/Ni3S2(CNS)(7.02 F cm-2)和RGO/Ni3S2(7.77 F cm-2)相比,其比容量几乎提高了一倍为13.53 F cm-2(即2611.9 F g-1,3.9A g-1)。 (3) Ni3S2/RGO/Ni3S2复合材料体系:在Co9S8/RGO/Ni3S2复合材料合成条件的基础上,将钴盐用镍盐(与泡沫镍基体的金属元素一致)来代替,从而制备了一种金属硫化物与石墨烯形成的特殊“三明治”结构的Ni3S2/RGO/Ni3S2赝复合材料。RGO不但具有连接上下两层硫化镍的功能,同时控制着上层硫化镍纳米片的排列,从而形成了一个垂直排列的高度开孔的硫化镍纳米片阵列。该复合材料由于其独特的结构以及高活性物质负载量,显示了出众的超级电容性能:在20 mA cm-2的电流密度下,比容量为16.82 Fcm-2(相当于3234.62 F g-1)。