【摘 要】
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石墨烯具有优异的力学性能、电学性能和导热性能,是一种极具竞争力的超级电容器电极材料。但是,由于石墨烯在制备及应用过程中还存在一些问题,关于石墨烯的一些优秀成果还不能够应用到工业化生产中。如何大批量生产石墨烯、如何防止石墨烯片的堆叠,这些都是要推动石墨烯工业化应用要解决的问题。为了解决这些问题,本文以石墨烯的绿色批量制备为研究重点,探索了低能耗、低成本、无污染、高性能的石墨烯的制备方法,并在石墨烯层
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石墨烯具有优异的力学性能、电学性能和导热性能,是一种极具竞争力的超级电容器电极材料。但是,由于石墨烯在制备及应用过程中还存在一些问题,关于石墨烯的一些优秀成果还不能够应用到工业化生产中。如何大批量生产石墨烯、如何防止石墨烯片的堆叠,这些都是要推动石墨烯工业化应用要解决的问题。为了解决这些问题,本文以石墨烯的绿色批量制备为研究重点,探索了低能耗、低成本、无污染、高性能的石墨烯的制备方法,并在石墨烯层片间引入杂原子掺杂,以提高石墨烯及其复合材料的电化学性能及应用价值。主要的研究内容和结论如下:1)本文采用过氧乙酸+双氧水对鳞片石墨进行插层,通过“插层-剥离-分散”联用机制,制备了大面积的少层石墨烯,并测试了少层石墨烯的电容性能,结果表明:过氧乙酸和双氧水能够插层氧化石墨,增大石墨的层片间距,微波辐照后氧化基团及插层分子迅速分解,能够实现石墨层片快速、高效的绿色剥离。分散得到的少层石墨烯试样层数约为5～8层,缺陷少,含有少量的氧化基团,具有良好的比电容及倍率性能,在1 A·g-1的电流密度下比电容达到了629 F·g-1,循环稳定性也在98%以上。与传统的氧化剥离工艺不同,该工艺中不产生废酸,减少了对环境的污染,降低了生成成本。2)为提升石墨烯的电化学性能,以自制的少层石墨烯为基体,通过水热法制备了NiCo-LDH/石墨烯复合材料,探究了不同条件下复合材料的负载效果和储能性能。结果表明:在石墨烯基底上制备出具有开放式三维网状结构的NiCo-LDH纳米片,相互交叠形成了丰富的孔隙,可以抑制石墨烯的团聚,有利于促进法拉第氧化还原反应的加速进行;储能能力最好的试样,其比表面积增加到了77.45m~2·g-1,孔容增大到了0.116 cm~3·g-1,在1 A·g-1的电流密度下比电容达到820.6 F·g-1,经过1000圈循环后比电容达到992 F·g-1;复合材料具有良好的循环寿命,在储能领域具有良好的应用前景。
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