材料畢業(yè)論文定稿-石墨烯的制備及其電性能研究-抗壞血酸的用量和溫度對石墨烯的影響

中文題目 石墨烯的制備及其電性能研究 副標題 抗壞血酸的用量和溫度對石墨烯的影響 外文題目 THE PREPARATION AND RESEARCH OF ELECTRICAL PROPERTIES OF GRAPHENE 畢業(yè)設(shè)計 論文 共 55 頁 其中 外文文獻及譯文 23 頁 圖紙共 0 張 完成日期 2015 年 6 月答辯日期 2015 年 6 月 遼寧工程技術(shù)大學 本科畢業(yè)設(shè)計 論文 學生誠信承諾保證書 遼寧工程技術(shù)大學 本科畢業(yè)設(shè)計 論文 學生誠信承諾保證書 本人鄭重承諾 畢業(yè)設(shè)計 論文 的內(nèi)容真實 可靠 系本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下 獨立完成 如果存在弄虛作假 抄襲的情況 本人承擔全部責任 學生簽名 年月日 遼寧工程技術(shù)大學 本科畢業(yè)設(shè)計 論文 指導(dǎo)教師誠信承諾保證書 遼寧工程技術(shù)大學 本科畢業(yè)設(shè)計 論文 指導(dǎo)教師誠信承諾保證書 本人鄭重承諾 我已按學校相關(guān)規(guī)定對同學的畢業(yè)設(shè)計 論文 的選題與內(nèi)容進行了指導(dǎo)和審核 確認由該生獨立完成 如果存 在弄虛作假 抄襲的情況 本人承擔指導(dǎo)教師相關(guān)責任 指導(dǎo)教師簽名 年月日 I 摘要 氧化石墨 還原法是采用石墨做為原料 在實驗中用 Hummers 法制備氧化石墨 使石 墨片層邊緣含有經(jīng)基 接基 并且層間含有環(huán)氧等的含氧官能團 這些所具有的含氧官能 團不僅能夠使石墨的層間距變大 并且會使石墨具有親水性 從而形成氧化石墨 接著 外 力剝離 采用超聲的方法 使得制備的氧化層剝落在水溶液中 如果氧化石墨被剝落后 層厚度就像石墨稀一樣的僅僅具有單層或者只有少數(shù)幾層的碳原子組成 那么這些薄片被 稱作氧化石墨烯 GO 最后將通過化學法進行還原氧化石墨稀制備石墨稀 改變還原劑抗 壞血酸的用量以及還原溫度參數(shù) 通過掃描電鏡觀察表面性征 通過 XRD 可以通過圖像 看到還原程度及石墨烯峰值 測試在不同參數(shù)下的電容性能 分析抗壞血酸和溫度對石墨 烯的制備及電容性能產(chǎn)生的影響 關(guān)鍵詞 氧化 還原法 抗壞血酸 石墨烯 電容性 II Abstract Graphite oxide reduction method is based on graphite as raw materials in certain conditions with oxidants graphite graphite sheet edge containing a group then group inter layer containing oxygen containing functional groups such as epoxy These oxygen containing functional groups not only increases the interlayer spacing of graphite and it has a hydrophilic form graphite oxide Then the release force e g ultrasound such that the oxide layer is peeled off in an aqueous solution or an organic solution if the sheet thickness as thin exfoliated graphite as a single layer or a few layers of carbon atoms which are called graphite oxide sheets ene GO Last redox graphene graphene prepared by chemical method By changing the amount of reducing agent ascorbic acid and reducing temperature parameter by scanning electron microscopy the surface of the sign you can see the degree of reduction and graphene peak performance test capacitance under different parameters by the image by XRD analysis ascorbic acid and temperature on graphene What is the impact of Preparation and Capacitance Properties Key words Oxidation reduction Ascorbic acid Graphene Capacitive 目錄 前言 1 1 緒論 3 1 1氧化石墨 還原法研究現(xiàn)狀 3 1 1 1氧化方法 3 1 2石墨烯在超級電容器中的應(yīng)用現(xiàn)狀 4 1 3石墨烯的形貌與結(jié)構(gòu) 5 1 4石墨烯作為超級電容器電極材料的應(yīng)用 5 1 4 1純石墨烯 5 1 4 2石墨烯復(fù)合物 6 1 5石墨烯作為鋰離子電池負極材料的應(yīng)用 6 1 5 1鋰離子電池 6 1 5 2石墨烯作為鋰離子電池負極材料的性能 7 1 6石墨烯的性能 7 1 6 1表面性能 7 1 6 2電子學性能 7 1 6 3力學性能 8 1 6 4熱學性能 8 1 7研究意義 8 1 8實驗?zāi)康?9 2 實驗材料 設(shè)備及方法 10 2 1實驗材料 10 2 2實驗設(shè)備 10 2 3實驗方案 10 2 4實驗過程 11 2 4 1石墨烯的制備 11 2 4 2XRD 測試 12 2 4 3顯微組織觀察 12 2 4 4測試石墨烯的電化學性能 12 3 實驗結(jié)果及分析 13 3 180 下不同抗壞血酸用量對石墨烯的結(jié)構(gòu)及電容性能分析 13 3 1 1石墨烯的 XRD 分析 13 3 1 2顯微組織及分析 16 3 1 3電容性能分析 20 3 2不同溫度對石墨烯制備及電容性能分析 22 3 2 1石墨烯的 XRD 分析 22 3 2 2顯微組織及分析 23 3 2 3電容性能分析 26 4 結(jié)論 28 致謝 29 參考文獻 30 附錄 A 32 附錄 B 45 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 論文 1 前言 作為新材料的其中一種 石墨烯是由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)組織 這是已知的世界 上最薄 最堅硬的納米材料 也具有物質(zhì)世界的最小電阻 在室溫下的電子遷移率比硅晶 體高 碳納米管的石墨烯是由碳六元環(huán)組成的二維 2D 周期蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu) 其可以彎 曲成零維富勒烯的 卷成碳納米管 碳納米管或堆疊成三維石墨 從而構(gòu)成所述基本單元 石墨烯等石墨材料 1 有機材料的石墨烯的基本結(jié)構(gòu)單元是最穩(wěn)定的六元苯環(huán) 是最好的 二維材料 理想的石墨烯結(jié)構(gòu)是平面六邊形點陣 可以看作是一層被剝離的石墨分子 每 個碳原子均為 sp2雜化 并貢獻剩余一個 p 軌道上的電子形成大 鍵 電子可以自由移動 賦予石墨烯良好的導(dǎo)電性 二維石墨烯結(jié)構(gòu)可以看是形成所有 sp2雜化碳質(zhì)材料的基本組 成單元 石墨烯是從表面材料剝離出來的碳原子單層的石墨材料 是一個兩維碳的結(jié)構(gòu) 是一個 超材料 比鉆石更硬 而同樣可拉伸像橡膠 2 其電和熱導(dǎo)率比任何材料都高 重量幾乎為零 石墨晶體薄膜只有 0 335 納米的厚度 200 000 膜疊加在一起 只有頭發(fā)這 么厚 石墨烯納米技術(shù)發(fā)現(xiàn)是跨時代意義的 和傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體 在石墨烯中電子可遷移 例如對于硅和銅來說石墨性能良好 由于電子和原子傳統(tǒng)半導(dǎo)體的形式和熱釋放一些能量 目前一般的計算機芯片這樣浪費了 70 80 的電量 石墨烯是不同的導(dǎo)體的碰撞 這不是電子能量這將是它有一個不尋常的 優(yōu)良特性的損失 石墨烯的結(jié)構(gòu)是僅非常穩(wěn)定的碳 碳鍵中的碳原子連接的 石墨烯的內(nèi)部 連接是柔性的 當外部力被施加在石墨烯的時候 碳原子數(shù)面內(nèi)彎曲變形會使得該碳原子 被重排以適應(yīng)外力不必維持一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu) 這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使石墨烯具有優(yōu)異的熱 導(dǎo)率 此外 石墨烯的電子移動軌道 晶格缺陷不因為引進外來原子和散射的發(fā)生 由于 原子在室溫有非常強的力 即使在碰撞發(fā)生碳原子的各處 石墨烯的電子破壞內(nèi)部是非常 小的 3 關(guān)于石墨烯的制造和發(fā)現(xiàn) 最初 科學家們嘗試使用化學剝離法 化學剝脫法 使石墨烯的大的原子或分子嵌入石墨 從而獲得石墨層間化合物 在其三維結(jié)構(gòu)中 石墨 的每一層可以被視為石墨烯 在化學反應(yīng)過程后 取出嵌入原子或大型大分子后 你會得 到一堆石墨烯爛泥 因為難以分析和控制這一堆泥的物理性質(zhì) 科學家沒有在這一領(lǐng)域繼 續(xù)研究 所研究采用的化學氣相沉積 在各種基材 基片 的石墨烯膜 外延生長 的外 延生長 但研究效果質(zhì)量不好 石墨烯出現(xiàn)在實驗室在 2004 年 當兩位科學家在英國曼徹斯特 安德烈和克斯特亞 吉姆諾發(fā)現(xiàn) 可以用非常簡單的方式來獲得更多的越來越薄的石墨薄片 他們剝離從石墨 范雅 石墨烯的制備及其電性能研究 抗壞血酸的用量和溫度對石墨烯的影響 2 石墨片 然后粘帶的一個特殊的 撕開帶的片材的兩側(cè) 就可以把石墨片為兩半 繼續(xù)這 樣做 然后切片越薄 最后 他們只得到了一層薄薄的碳原子 這是石墨烯 在此之后 對于陸續(xù)生產(chǎn)石墨烯的新方法 經(jīng)過五年的發(fā)展 人們發(fā)現(xiàn)了石墨烯到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域已經(jīng) 接近 因此 他獲得了諾貝爾物理學獎于 2010 年石墨烯出現(xiàn)在科學界引發(fā)了巨大的波瀾 人們發(fā)現(xiàn) 石墨烯具有不同尋常的電學性能 超出的次數(shù)鋼和優(yōu)異的耐光性的力量 它有 望出現(xiàn)在現(xiàn)代電子觸發(fā)在該領(lǐng)域的一次革命 康斯坦丁 諾肖羅夫教授和安德魯 薩利 姆教授蓋 4 首次分離出石墨烯 他們使用的薄層石墨膠帶剝離 并且將被放置在硅晶片和 顯微鏡確認的裝置上 2005 年 曼徹斯特大學和哥倫比亞大學的研究人員在同一小組證 實石墨烯的準粒子 準粒子 是無質(zhì)量迪拉克費米子 費米狄拉克 5 石墨烯作為超級電容電極材料的一種 具有優(yōu)良的電容性能 在新材料 太陽能電池 傳感器 納米電子學 復(fù)合材料 場致發(fā)射材料和能量存儲等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用 本文 使用氧化 還原法來制備石墨烯 并選擇了抗壞血酸作為還原過程中的還原劑 將還原劑 抗壞血酸與溫度作為兩個變量進行實驗研究 選擇抗壞血酸做為還原劑是因為抗壞血酸是 在氧化還原法制備石墨烯過程中常用的一種還原劑 并且具有安全性 實驗的目的在于研 究不同的溫度及還原劑抗壞血酸的用量對石墨烯制備及電容性能的影響 使其得到的石墨 烯效果要好 存在的缺陷更少 從而能夠獲得高質(zhì)量的石墨烯 達到好的電容性能 通過 對所制備的石墨烯在試驗中采用了掃描電子顯微鏡表征分析 X 射線衍射分析 電容性能 三種分析手段 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 論文 3 1 緒論 1 1 氧化石墨 還原法研究現(xiàn)狀 1 1 1 氧化方法 在 100 多年前就有人報道了氧化石墨 6 現(xiàn)在 石墨的氧化方法主要有下面幾 種 Brodie Staudenmaier 和 Hummers 所提到的三種方法都是采用無機強質(zhì)子酸 比如濃硫 酸 發(fā)煙 HN03 或者是它們的混合物 與天然石墨原料相互作用 這樣可以使強酸的小分 子插入到石墨的片層間 再采用 KMnO4 KClO4等強氧化劑對其實驗氧化反應(yīng) 在提到的 這三種方法中 Hummers 氧化石墨法的安全性最高 最方便 除了提到的綜上方法 采用的 方法中 Hummers 法制備氧化石墨以外 還能嘗試用不同的方法制備所需要的氧化石墨 以 用來滿足實際生產(chǎn)中的石墨烯大規(guī)模應(yīng)用 2009 年 Shen 等人 7 已經(jīng)用 BPO 與天然石墨通過氧化 10 分鐘 得到的氧化石墨 這 種操作方法提供了一種比較快速并且有效的制備氧化石墨方法 2010 年 Marcano 等人用 濃 H2SO4和濃 H3PO4 9 1 混酸作為一種酸性介質(zhì) 同時釆用 KMnO4作為氧化劑氧化石墨 這樣可以有效的制備最終得到氧化石墨 采用這種方法能夠避免反應(yīng)過程中可能放出的 NO2或者 N2O4等有毒氣體 采用這些方法已經(jīng)制備好的氧化石墨都需要再次剝離才能夠得 到氧化石墨烯 一般采用的剝離方法為超聲 1 1 2 還原方法 對氧化石墨的還原辦法有很多 氧化石墨薄片一般典型地通過劇毒物質(zhì)肼來還原 而 環(huán)保一些的還原劑為抗壞血酸等 均質(zhì)的石墨烯膠狀懸濁液可以在含聚合物或表面活性劑 的有機溶液中穩(wěn)定存在 不含表面活性劑的溶液也可通過堿性環(huán)境將石墨烯分散開來 得 到石墨烯片層懸濁液 化學還原法往往不能完全地將氧化石墨中的氧元素去除 導(dǎo)致石墨 烯具有相對于原石墨烯較低的電導(dǎo)率 上述得到的氧化石墨烯還要經(jīng)過還原后能得到石墨烯 還原氧化石墨的方法一般有 熱還原法 電化學還原法 化學還原法 溶劑熱反應(yīng)等 1 熱還原法利用在 Ar 或者 N2中 將氧化石墨置于高溫 這樣氧化石墨的片層間所 含氧官能團就會釋放出 CO2氣體 同時使得氧化石墨片層迅速膨脹 從而得到所需要的石 墨烯 熱還原法操作的溫度一般約為 1000 左右 2 電化學還原法是在室溫下 將氧化石墨放在緩沖液中 釆用電化學方法除去氧化 范雅 石墨烯的制備及其電性能研究 抗壞血酸的用量和溫度對石墨烯的影響 4 石墨的所含有的含氧官能團 最終得到石墨烯 3 化學試劑還原氧化石墨烯與前兩種相比 是在比較溫和的條件下 還原劑與氧化石 墨烯發(fā)生反應(yīng) 由于其具有安全易行 可大規(guī)模生產(chǎn) 并且能夠得到最終分散在溶液中單 層的石墨烯 進而便于其加工或者成型 被社會上生產(chǎn)化學和材料的科學研究人員廣泛關(guān) 注 這些年來 很多樣有機或無機的還原劑都用來作為還原氧化石墨的理想還原劑 4 溶劑熱反應(yīng)就是在密閉的容器中反映 在實驗過程中 隨著溫度的進一步提高 容器內(nèi)的壓力逐漸增大 在整個過程中反應(yīng)溫度能夠達到高于溶劑的沸點的溫度 這樣得 到的氧化石墨片層間含有的含氧官能團就能脫離 最終制備出石墨烯 這就是所說的采用 化學還原氧化石墨 1 2 石墨烯在超級電容器中的應(yīng)用現(xiàn)狀 根據(jù)電容器不同的能量存儲機制 超級電容器分為三類 8 電化學雙層電容器 用來 吸附陰離子和陽離子 以便儲存能量 膺電容超級電容器 通過快速表面氧化還原反應(yīng)存儲 能量 不對稱超級電容器 電化學雙層電容器也稱非法拉第超級電容器 它自身的性能是因為自帶的雙電層電 容 雙電層電容器裝置的使用使得電容積聚 電荷被存儲在期間 進而成為在高表面積的電 極和電解質(zhì)之間的界面 形成的雙電層 對于雙電層電容器材料來說 有幾個很重要的因素 是 比表面積 SSA 導(dǎo)電性 和孔徑大小及分布 石墨烯與之前的雙電層電容器相比 電極材料提供了另外很好的一個設(shè)想 與之前傳統(tǒng)的多孔碳相比 炭質(zhì)材料可以說說最早 的電容器材料 也是目前探索和生產(chǎn)很廣泛的超級電容器材料 自從石墨烯被人們制造出來 以后 人們就馬上探究這種結(jié)構(gòu)的炭質(zhì)材料 能否使其在超級電容器中廣泛應(yīng)用 膺電容超級電容器 9 是通過法拉第過程來儲存能量 它不僅包括在電極表面上電解質(zhì) 并且還可以通過電活性材料之間的快速和可逆的氧化還原反應(yīng) 生產(chǎn)生活中最廣泛的研究 的電活性材料包括三種類型 過渡金屬氧化物或氫氧化物 如氧化釕 氧化錳和氫氧化鎳 導(dǎo)電聚合物 如聚苯胺 聚吡咯 聚噻吩 以及具有含氧和含氮表面官能團材料 膺電容 甚至可以達到比雙電層電容更高的膺電容 石墨烯作為新型材料被認為是最合適制備膺電 容電極活性成分的載體材料 非對稱超級電容器的特點是具有良好充電的充電容量 快速充電 放電排放量 排放 迅速等優(yōu)點 由于不對稱超級電容器電池的應(yīng)用十分廣泛 也慢慢進入了市場 使得非對 稱電容器電動車的概念也將出現(xiàn) 不同的性能它更多的能量密度與常規(guī)電容器和更高的功 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 論文 5 率密度的二次電池相比 憑借其優(yōu)良的建設(shè)的新思路 很有研究價值 1 3 石墨烯的形貌與結(jié)構(gòu) 一種蜂窩晶格石墨烯包含由 相連接的兩個碳原子 10 如圖 1 3a 其中每個碳原子晶 格含有 鍵軌道 形成電子離域網(wǎng)絡(luò) 圖 1 3b 顯微褶皺具有約 8 10 納米的側(cè)面尺寸和 0 7 1 納米位移的高度 石墨烯沉積在二氧化硅基板 亞納米浮動的高度可通過一個掃描隧道顯 微鏡 STM 得到被檢測到 除了起皺伏與固有石墨烯也有其它的結(jié)構(gòu)缺陷 如碎碳環(huán) 碳鍵掛 邊緣位置 空缺 雜元素 以及非六元環(huán) 這些缺陷可以是在電子衍射是敏感的 并且可以在通過 TEM 獲得的 120 千伏電壓下工作 石墨烯可以用作 TEM 支撐膜上 來研 究光碳原子 氫原子和金顆粒 圖1 3 a 石墨烯晶體結(jié)構(gòu)及布里淵區(qū)示意圖 b 由 Monte Carlo 式計算出的石墨烯帶結(jié)構(gòu) 圖中標 識為 8 nm 有序程 11 Fig 1 3 a Diagrams of the graphene atomic structure b Graphene ripple with ordered path of 8 nm 11 1 4 石墨烯作為超級電容器電極材料的應(yīng)用 1 4 1 純石墨烯 斯托勒等人 12 在 2008 年的石墨烯的化學修飾 CMG 電化學性能在超級電容器 從 氧化還原得到處理高的導(dǎo)電性 呈現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性 在交流阻抗的測量 更短的沃伯 格電阻區(qū)域示出了較小的電極界面的接觸電阻 其特征在于電解質(zhì)離子的電極材料的短擴 范雅 石墨烯的制備及其電性能研究 抗壞血酸的用量和溫度對石墨烯的影響 6 散路徑內(nèi) 然后 隨著石墨烯的制備方法的優(yōu)化 生長出的石墨烯片的結(jié)構(gòu)的電化學性能 以估算它的方式 1 4 2 石墨烯復(fù)合物 石墨烯和其它的納米碳復(fù)合材料 石墨其薄的二維結(jié)構(gòu) 容易團聚發(fā)生 使得它難以 保持它的高特性表面積 因此 各種間隔物的材料被引入到石墨烯層 以防止石墨烯片團聚 之間 最近 Shi 等人 13 的納米金剛石顆粒自組裝結(jié)構(gòu)被插入石墨烯氧化物層之間 經(jīng)高 溫處理 納米洋蔥成菱形結(jié)構(gòu)的碳 石墨烯形成和中空碳球復(fù)合具有較高的導(dǎo)電性 比表 面積和電容 此外 納米顆粒的炭黑也被用作隔離層的石墨烯片 以及由于碳黑含量的不 均勻分散液較少 沒有實現(xiàn)石墨充分分離 14 此外 在原位生長方法的石墨烯和碳納米管 制備碳納米管的復(fù)合形式層 層 LBL 夾心層復(fù)合材料 石墨烯片被有效地分離 以改善 表面面積利用的比率 石墨烯是導(dǎo)電性高分子復(fù)合材料 聚苯胺 PANI 15 是偽電容電容器中的最廣泛使用 的導(dǎo)電性高分子中 具有多個氧化還原狀態(tài)和穩(wěn)定性 以及低成本的合成工藝簡單 然而 當聚苯胺作為電極材料 具有充電和與存在的缺陷的體積變化放電的進行 并因此嘗試引 入載體材料如聚苯胺和量的變化 并具有機械柔性的導(dǎo)電的石墨烯的緩沖器 與聚苯胺制 備方法原位石墨烯復(fù)合電極 其高達 1000F g 1比電容值 16 石墨烯導(dǎo)電性高分子復(fù)合材料 聚苯胺 PANI 是偽電容電容器導(dǎo)電聚合物最廣泛使 用的具有多個氧化還原狀態(tài)和穩(wěn)定性 合成過程的成本低是簡單的 然而 當聚苯胺作為 電極材料 一個充電和體積缺陷的變化被排出 并因此嘗試引入載體材料 17 例如聚苯胺 和量的變化 并且導(dǎo)電的石墨烯緩沖器的機械靈活性 和原位聚苯胺石墨烯復(fù)合電極 其 高達 1000Fg 1以上的電容值的方法 18 同樣的石墨烯復(fù)合材料制備 也顯示出較高的比電 容 1 5 石墨烯作為鋰離子電池負極材料的應(yīng)用 1 5 1 鋰離子電池 鋰離子電池 LIB 是陽極 負極 陰極 正極 電解液和分離器 包括儲能 陰極材料包括層狀 如鋰鈷氧化物 和金屬氧化物的隧道結(jié)構(gòu) 如鋰錳氧化物 和負極材 料插入到模型 如碳材料 鈦酸鋰 二氧化鈦等 轉(zhuǎn)換型 如氧化鐵 氧化鎳 氧化鈷 等 以及合金類材料 例如 硅 錫等 19 電解質(zhì)是一個良好的離子導(dǎo)體和電子絕緣 體 主要無機鋰鹽溶解于有機溶劑中 膜的作用可以防止正極和負極短路環(huán) 并且可以提 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 論文 7 供大量的孔的移動鋰離子的傳輸 鋰離子電池具有高電壓 高能量密度 長周期 環(huán)境友 好的 重量輕的特點 作為能源的便攜式電子設(shè)備中使用的一個方便的來源 然而 用替 換的電子設(shè)備 鋰電池高能量和功率密度和循環(huán)的要求越來越高 而提高的重點放在擴大 適用電壓窗口 從而優(yōu)化了電極材料的性能是鋰電池的電極材料的能量密度鍵 以提高鋰 電池的整體性能 碳多樣性和電化學穩(wěn)定性 以及豐富的來源 一直是研究鋰離子電池正 極材料的重點 20 1 5 2 石墨烯作為鋰離子電池負極材料的性能 在鋰離子電池 標準石墨電極組插入石墨晶格時 石墨電極的理論容量為 372F g 1 當碳納米管和石墨烯 C60防止分子作為間隔團聚 鋰電池 容量可分別提高到 730 F g 1和 784 F g 1 21 金屬和石墨烯的納米復(fù)合材料是提高鋰電池容量的另一種有效方法 王等人 用 DFT 法和循環(huán)伏安法證實 以提高錫 石墨復(fù)合材料的能力 錫自身的能力可以不斷地 流出 錫原子集聚的過程達到 Li 的插入 994 F g 1 和純 Sn 電極 導(dǎo)致大大降低容量 22 同時石墨被加到提供給支持體的金屬電極材料 23 以防止結(jié)塊發(fā)生時 獲得了良好的循環(huán) 穩(wěn)定性 795 F g 1 24 此外 金屬氧化物的石墨烯復(fù)合物 如二氧化鈦 四氧化三鈷 二 氧化錫 鋰儲存和循環(huán)性能的逐步進行了研究 并獲得了良好的電化學性能 1 6 石墨烯的性能 1 6 1 表面性能 石墨烯超高的理論比表面積 多層石墨烯的表面性質(zhì)的研究開發(fā)了多種方式 計算的 BET 比表面積值的方法的石墨烯可達到很高 其中一些是非常接近的石墨烯的比表面積的 值 表面積的這種高比率使得石墨烯成為一個巨大的潛力的儲氫材料 在一定的溫度下 石墨烯的儲氫能力可以達到 3 重量 并與比表面積的增加石墨烯 其儲氫容量將增 加顯著 儲氫石墨單層厚度的理論值可以達到 7 7 重量 儲氫能力雙重和三重石墨 烯為 2 7 重量 25 1 6 2 電子學性能 石墨烯的電學性能與很多因素有關(guān) 其層數(shù)和堆垛方式不同會產(chǎn)生存在很大差別 一般 來說 雙層的石墨烯其堆垛順序可以為 AA 也就是說每個原子都在另一個原子的正上方 也可以為 AB 那就是每個原子都正對著下面一層六元環(huán)的空位處 26 并且隨著層數(shù)的不 斷增加 石墨烯的原子堆垛方式發(fā)生變化 也變得復(fù)雜 最穩(wěn)定的排列方式為 AB 型 現(xiàn) 范雅 石墨烯的制備及其電性能研究 抗壞血酸的用量和溫度對石墨烯的影響 8 在對于這種類型的石墨烯 我們隊其的堆垛研究較多 由于石墨烯自身的緊密排列 石墨烯 材料具有規(guī)整結(jié)構(gòu) 并且具有較高的電子傳輸性能 Kim 等人研究了機械剝離制得單層石 墨烯在電荷密度為 2 1011cm 1時 電子遷移率可以高達 200 000 cm2Vs 1 27 石墨烯作為一般使用的電極材料在長循環(huán)的周期中自身顯示了良好的穩(wěn)定儲能效果 在一般實驗中衡量超級電容器的電極材料其最終的電化學性能 可采用水系 有機系電解 液 通過兩電極或三電極超級電容器體系進行表征 其中三電極體系主要用來對電極材料 電化學性能的進行基礎(chǔ)研究和探索 而兩電極體系對電極材料的測評結(jié)果更加接近于實際 應(yīng)用 對材料電化學性能具有更加準確的衡量 對于制備的石墨烯這種類似片層狀的材料 其比表面積大多數(shù)情況是由于片層之間會有曝露在外界的表面 所以其結(jié)構(gòu)也更加適合別 的具有大分子組織的有機電解液離子的浸入與流動 1 6 3 力學性能 Hone 等人 28 進行了大量的實驗 最終證明了單層石墨烯的機械強度比鋼鐵材料強度大 200 倍 石墨烯的厚度是由這些數(shù)據(jù)決定的 并且也和石墨烯邊緣 表面缺陷具有較大關(guān) 系 最終 通過對石墨烯進行摻雜 將會獲得具有更好化學活性的材料 并且隨著摻雜加 重 材料的力學剛度 強度是逐漸下降的 因此 其力學性能在繼續(xù)的研究過程中 1 6 4 熱學性能 Balandin 等人 29 進行了大量的實驗 測試了其熱力學性能 發(fā)現(xiàn)石墨烯的片層自身具有 很高的熱導(dǎo)率 4 84 103 至 5 30 103W mK 1 高于碳納米管 金剛石的實驗值 但是 更多其他方法制備的石墨烯片層具有較低的熱導(dǎo)率 大約為 2500 W mK 1 30 石墨烯具有出 色熱導(dǎo)性能 可以用做熱驅(qū)散 也可以用作聚合物基體中的熱導(dǎo)劑 1 7 研究意義 制備石墨稀 通過機械剝離法制備得到的石墨稀尺寸比較不容易控制 并且生產(chǎn)率較 低 僅僅能適用于一些實驗室進行簡單的基礎(chǔ)研究 上面提到的氣相沉積法 電弧放電法 外延生長法等方法 雖然能通過制備得到相對質(zhì)量高的石墨稀 但是由于生產(chǎn)成本高 條件 困難 生產(chǎn)率低 所以不能滿足社會和實際生產(chǎn)中大規(guī)模的需求 綜上 以天然石墨或者氧 化石墨做為原料 采用化學還原方法來制備石墨稀 由于制備實驗過程較為簡單 安全性好 并且可大量生產(chǎn) 可以用來實現(xiàn)石墨稀的大量生產(chǎn) 制備氧化石墨的過程中 本實驗采用的 Hummers 法 具有安全性較高 成本低 通量高而被廣泛采用 氧化石墨的表面含有大量的 含氧官能團 有缺陷的氧化石墨作為石墨烯的前身 可以通過不同的還原方法得到石墨烯 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 論文 9 目前所采用的的就是通過在液相中先氧化后還原 以便低成本制得石墨烯 之前有研究者在 還原反應(yīng)時添加了表面活性劑 采用在有機溶劑中還原等方法 這種方法在形貌方面雖然有 很大進步 大量生產(chǎn)制備時還是不能獲得所需要的片狀石墨烯 而且過量的使用表面活性 劑也會對環(huán)境產(chǎn)生污染 造成不良影響 抗壞血酸鈉廉價安全 自身有很好的溶解性 還原 性 還原劑抗壞血酸的溶解性隨水溫升高而增加 在還原氧化石墨的實驗操作中首先不污 染環(huán)境符合綠色環(huán)保的要求 而且為石墨烯的以后的研究和生活中的實際應(yīng)用做出了保 證 1 8 實驗?zāi)康?作為新材料的一種 石墨烯具有特殊的薄層二維結(jié)構(gòu) 所以進行材料制備及電極制備 在其過程中很容易發(fā)生之間的相互團聚 從而失去石墨烯自身具有的優(yōu)良特性 石墨烯做 為一種超級電容器的電極材料 形成雙電層的有效比表面積就會大大削減 因此 本次實 驗旨在優(yōu)化方法 探索得到的石墨烯電極材料在生活實際的應(yīng)用中 它的本征電化學性能 這具有十分重要的意義 本文旨在采用化學剝離法 用來制備石墨烯 在實驗中改變還原劑 溫度 以便實現(xiàn)石墨烯的可控制制備 并將石墨烯作為一種超級電容器的電極材料 并且 觀察石墨烯的形貌和結(jié)構(gòu) 在不同變量下所產(chǎn)生的電化學性能 范雅 石墨烯的制備及其電性能研究 抗壞血酸的用量和溫度對石墨烯的影響 10 2 實驗材料 設(shè)備及方法 2 1 實驗材料 原料 天然鱗片石墨 硝酸鈉 氧化劑 雙氧水 高錳酸鉀 濃硫酸 粘結(jié)劑 聚偏氟乙烯 還原劑 抗壞血酸 穩(wěn)定劑 色氨酸 其他試劑 去離子水 冰水 鹽酸 2 2 實驗設(shè)備 制備裝置 1 恒溫水浴鍋 35 水浴鍋進行中溫加熱 87 水浴鍋進行高溫處理 2 電動攪拌器 恒溫磁力攪拌器 78HW 1 江蘇省金壇市榮華儀器 在制備氧化石墨 時 進行均勻攪拌 3 超聲機 進行超聲震蕩 4 臺式離心機 TDL 40B 型 上海安亭科學儀器廠 離心出上清液與未完全氧化的石 墨 5 鼓風烘干箱 烘干樣品 6 FA2004 電子天平 由上海精科天平制作 對試樣劑藥品進行準確稱量 7 500ml 燒杯 由上海申立玻璃儀器銷售公司制作 承裝氧化石墨 8 真空干燥箱 ZD79 C 型功率 0 8kW 300 由北京興爭儀器設(shè)備廠 9 千斤頂 壓片 分析設(shè)備 1 SSX 550 掃描電鏡 觀察形貌 3 XRD 6100 觀察圖像峰值與峰位置 4 恒流充放電測試儀 測試極片電容性能 2 3 實驗方案 實驗采用廉價的天然鱗片石墨作為原材料 并且采用氧化石墨 還原法制備石墨烯 整個實驗的氧化過程將采用 Hummers 法來制備 GO 用抗壞血酸對氧化石墨進行還原 對 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 論文 11 還原劑用量 溫度進行調(diào)控 借助 XRD SEM 等測試手段 測試石墨烯的結(jié)構(gòu) 通過對 充放電比電容測試實驗得到的樣品石墨烯的電化學性能 研究不同還原程度對制備的石墨 烯影響 研究其結(jié)構(gòu)與電化學性能的關(guān)系 實驗流程圖及具體步驟 如圖 2 2 所示 Hummers 法氧化離心超聲 離心 加入抗壞血酸 色氨酸 圖 2 2石墨烯制備流程圖 Fig 2 1 Preparation flowchart graphene 2 4 實驗過程 2 4 1 石墨烯的制備 1 氧化石墨的制備 取 230ml 濃硫酸 緩緩倒入燒杯中 冰浴 當溫度降至 0 4 加入稱量好的 10 g 天然石墨和 5 gNaNO3 一直溫度保持 10 15 并在 30min 內(nèi)分幾次 批量加入 KMnO4 攪拌 90min 隨后將盛有溶液的燒杯移到恒溫水浴鍋中保持溫度在 35 1 一直攪拌 30min 轉(zhuǎn)移到高溫水浴鍋 將溫度控制在 90 左右 攪拌 90 分鐘 在隨后 20min 內(nèi)先用滴管慢慢滴入水 反應(yīng) 10 分鐘后連續(xù)不斷加水至 500ml 最終在 10min 內(nèi)連 續(xù)不斷加水至 800ml 將得到的溶液加入質(zhì)量分數(shù)為 5 的 H2O2 等到溶液為亮黃色即可 趁熱過濾 用配制好的質(zhì)量分數(shù)為 10 的 HCl 水洗三至四次 直至沒有 SO4 2 為止用氯化 鋇檢測 沒有白色沉淀 最后用蒸餾水水洗至中性 用 PH 試紙檢測得到濾餅 2 超聲 將所得到的的濾餅用玻璃瓶剝離至燒杯中 加去離子水至 800 mL 進行超 聲 2 h 3 離心 將 GO 溶液以 4000 r min 的速度離心 1 h 丟棄底層未完全氧化的石墨 得 到均一分散的上層 GO 膠體水溶液 通過干燥稱重方法 可獲得 GO 的質(zhì)量濃度 4 還原 配在 2 mg mL 的 GO 水溶液 按照氧化石墨與抗壞血酸 1 10 1 2 1 5 1 15 的質(zhì)量比 加入抗壞血酸 色氨酸 超聲 30 分鐘 將得到均一黃棕色分散液 將溶液放 入 80 40 60 100 的恒溫烘箱中烘干 24 h 后均一的 GO 分散液就會變成近乎 天然鱗片石墨氧化石墨GO 膠體水溶液 石墨烯 范雅 石墨烯的制備及其電性能研究 抗壞血酸的用量和溫度對石墨烯的影響 12 無色的透明溶液以及黑色的圓柱狀石墨烯水凝膠 將得到的石墨烯水凝膠超聲 1 小時 再 次放入 60 的烘干箱 進行干燥處理 最終得到樣品石墨烯 2 4 2 XRD 測試 制備的石墨烯樣品是經(jīng)過 300 目的篩子過篩的 在實驗前應(yīng)輕輕用玻璃板磨成平滑的 表面 然后用酒精清洗周圍的地方 因為測試的樣品是粉末形狀的 可以均勻的平鋪在玻 璃樣品板上 按照規(guī)范的實驗操作 將上面要測試的樣品壓好后 把樣品拿到儀器前 一定要等到 儀器面板上的 DOOR OPEN 等到聽見斷續(xù)的 嗶 嗶 蜂鳴聲 這時候打開儀 器的鐵門 放置測試樣品 相同的取出樣品 要特別注意 X 光會傷害人體 并且損害儀器 2 4 3 顯微組織觀察 為了分析在不同的制備條件下結(jié)果對石墨烯的形貌產(chǎn)生的影響 采用掃描電子顯微鏡 進行觀察 1 用酒精擦拭樣品臺 確保樣品臺的干凈 2 取少量制備好的樣品均勻的灑在貼有導(dǎo)電膠的樣品臺上 固定好 然后用吸耳球輕 輕的吹去之前未粘牢靠的顆粒 3 將需要測量的樣品放入樣品室中 首先抽真空 然后加壓 通過操作計算機移動樣 品臺 選擇需要觀察的樣品 慢慢調(diào)整放大倍數(shù)至 200 倍率 500 倍率 1000 倍率 2000 倍 率 5000 倍率 10000 倍率 對焦 拍攝 2 4 4 測試石墨烯的電化學性能 1 將剪好的原始極片放于于丙酮中 浸泡 5 分鐘 烘干 稱量 2 氧化石墨 乙炔黑 粘結(jié)劑按照 80 5 15 的比例配制好 加以適當?shù)木凭珨?拌至面團狀 放在玻璃片上 用玻璃棒 搟 平 為薄片狀 然后用針管輕輕挑起 將烘干 好的極片放在薄片下 再用玻璃棒搟上去 最后進行修飾 將邊上的樣品輕輕的挑干凈 3 將制作好的極片在 60 度下烘干 4 個小時 壓片 稱量現(xiàn)在的極片的重量 4 將最終的極片泡于 6mol L 的 KOH 中 浸泡 5 小時 進行測試 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 論文 13 3 實驗結(jié)果及分析 3 1 80 下不同抗壞血酸用量對石墨烯的結(jié)構(gòu)及電容性能分析 3 1 1 石墨烯的 XRD 分析 圖 3 1 天然石墨的 X 射線衍射譜 Fig 3 1 X ray diffraction of natural graphite 通過氧化 還原法最終制備的石墨烯峰值與天然石墨出現(xiàn)對比 如圖 3 1 為天然石墨的 XRD 圖譜 在 26 有明顯的尖銳的峰值 圖 3 2 為天然石墨與石墨烯的 X 射線衍射圖譜對 比 范雅 石墨烯的制備及其電性能研究 抗壞血酸的用量和溫度對石墨烯的影響 14 圖 3 2 天然石墨與石墨烯 X 射線衍射譜 Fig 3 2 Natural graphite and graphene X ray diffraction 如圖 3 2 所示 天然石墨的 002 晶面的衍射峰在 26 左右 實驗制備的氧化石墨 與抗壞血酸質(zhì)量比為 1 10 時的石墨烯所檢測到的衍射峰的位置 偏左為 25 54 說明石 墨烯中含氧官能團在制備中并未完全除去 還有部分殘留在碳層之中 與此同時 觀察到 制得的石墨烯衍射峰較寬 強度較弱 這是因為得到的氧化石墨經(jīng)過抗壞血酸還原后 石 墨片層尺寸變得縮小 石墨烯晶體結(jié)構(gòu)的完整性下降 從而使無序度增加 也就是說與天 然石墨不同 還原制得的石墨烯有著薄層的結(jié)構(gòu) 從圖中可以看到在 25 54 出現(xiàn)了希望 看到的石墨化衍射峰 這說明樣品有著石墨化的結(jié)構(gòu) 氧化效果較好 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 論文 15 圖 3 3在 80 下不同抗壞血酸比例的 X 射線衍射譜 Fig 3 3 Ascorbic acid at 80 degrees different proportions of X ray diffraction 圖 3 3 為 80 下不同抗壞血酸比例的 X 射線衍射譜 如圖 3 3 所示 10 的小峰為 GO 的標志性峰 峰越平穩(wěn)說明還原的效果越好 由于抗壞血酸的不同 在相同的溫度下 加 入不同量的還原劑會發(fā)現(xiàn) 對XRD的效果圖會產(chǎn)生一定的影響 在剛開始加入量比例為1 1 時時會發(fā)現(xiàn) 10 11 有微微凸起的峰值 說明還原效果不佳 隨著加入量的增大 看到曲線 慢慢平穩(wěn) 說明還原效果在增強 但是當比例為 1 15 時會發(fā)現(xiàn)在 10 64 又有稍微的凸起峰 值 說明加入的量不宜過大 否則也會起到相反的效果 綜上所述 不同的還原劑對石墨烯 的制備會產(chǎn)生影響 隨著抗壞血酸用量的增大 會發(fā)現(xiàn)還原慢慢變好 當抗壞血酸與氧化石 墨的比例為 1 10 時 還原效果達到最佳 再次隨著抗壞血酸用量的增大 還原效果又呈不理 想的狀態(tài) 25 的峰是石墨烯的標志峰 天然石墨樣品的峰值是尖銳 而最終的石墨烯樣品的低 矮彌散 這主要是由在石墨烯整個制備過程中由于氧化對石墨晶格結(jié)構(gòu)的破壞產(chǎn)生影響所 造成的 由圖可以看出 在每次的制備的過程中 氧化過程都很好 嚴格按照試驗方案進行 操作 制備的氧化石墨都氧化的比較成功 在 80 下峰值寬 效果較佳 40 的峰是石墨烯層數(shù)的表現(xiàn) 由圖可知 這幾次石墨烯做的較為理想 雖然不是單 層的 但是比較薄 分析到每個片層都應(yīng)該是具有一定的 AB 堆垛結(jié)構(gòu) 只要具有堆疊結(jié)構(gòu) 那石墨烯一定不是單層的 單層石墨烯 XRD 理論上在 40 沒有衍射峰表明了石墨烯的堆 范雅 石墨烯的制備及其電性能研究 抗壞血酸的用量和溫度對石墨烯的影響 16 垛結(jié)構(gòu)比較完整 本次實驗制備的石墨烯不是理想的單層的石墨烯 它是由很多片層構(gòu)成 的結(jié)構(gòu) 這就使在 40 因為層數(shù)而存在一個小的峰 3 1 2 顯微組織及分析 a b 圖 3 4 天然石墨的掃描電鏡照片 a b Fig 3 4 SEM images of natural graphite a and b 石墨烯是由氧化 還原法制備得到的 其原料為天然鱗片石墨 圖 3 4 為天然石墨掃描 電鏡 如圖 3 4 所示 由圖中可以看出 本實驗所采用天然石墨具有平面粒徑尺寸 且尺 寸較為均一 由掃描電子顯微鏡可以清晰看到鱗片狀的石墨片層 圖 3 4b 石墨是碳 質(zhì)元素結(jié)晶礦物 由碳六元環(huán)經(jīng) sp2雜化成片 又經(jīng) 鍵連接形成塊狀物質(zhì) 由于具有特 別的片層結(jié)構(gòu) 以及優(yōu)異的化學穩(wěn)定性 石墨材料成為儲能器件 特別是超級電容器電極 材料的良好選擇 石墨的各向異性使得它具有多方面的可塑性 可以通過不同角度和方法 將石墨材料進行改良和修飾 以迎合超級電容器電極材料的需求 a 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 論文 17 b c 圖 3 5 1 2 下石墨烯的掃描電鏡照片 Fig 3 5 SEM images of the ratio of 1 2 for graphene 因為還原劑抗壞血酸的不同 雖然得到的氧化石墨相同 但是在還原的過程中 加入不 同量的抗壞血酸對于還原效果有不同的影響 制得的石墨烯顯微組織會出現(xiàn)不同 片層的 厚度 層數(shù)使其形貌不同 最終制備的石墨烯都會對電容性能產(chǎn)生影響 圖 3 5 所示為當溫 度為 80 攝氏度時 氧化石墨與還原劑抗壞血酸的比例為 1 2 時 a 為 2000 倍率 b 為 5000 倍率 c 為 10000 倍率下的石墨烯掃描電鏡的顯微組織 由圖 3 5 可以看出 第一次加入還 原劑抗壞血酸后 出現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu) 每個片層結(jié)構(gòu)較厚 層與層之間距離小 a 范雅 石墨烯的制備及其電性能研究 抗壞血酸的用量和溫度對石墨烯的影響 18 b c 圖 3 6 1 5 下石墨烯的掃描電鏡照片 Fig 3 6 SEM images of the ratio of 1 5 for graphene 圖 3 6 所示為當溫度為 80 攝氏度時 氧化石墨與還原劑抗壞血酸質(zhì)量的比例為 1 5 a 為 2000 倍率 b 為 5000 倍率 c 為 10000 倍率下的石墨烯掃描電鏡的顯微組織 從圖 3 6 可以看出隨著還原劑抗壞血酸用量的增加片層變多 并且層的厚度變小 還原效果較好 a b c 圖 3 7 1 2 下石墨烯的掃描電鏡照片 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 論文 19 Fig 3 7 SEM images of the ratio of 1 10 for graphene 圖 3 7 所示為當溫度為 80 攝氏度時 氧化石墨與還原劑抗壞血酸的比例為 1 10 時 a 為 2000 倍率 b 為 5000 倍率 c 為 10000 倍率下的石墨烯掃描電鏡的顯微組織 當一直加 大還原劑的質(zhì)量比例為 1 10 時 層與層之間縫隙更大 片層之間距離增大 層狀組織變得更薄 還原效果佳 a b c 圖 3 8 1 15 下石墨烯的掃描電鏡照片 Fig 3 8 SEM images of the ratio of 1 15 for graphene 圖 3 8 所示為當溫度為 80 攝氏度時 氧化石墨與還原劑抗壞血酸的比例為 1 15 時 a 為 2000 倍率 b 為 5000 倍率 c 為 10000 倍率下的石墨烯掃描電鏡的顯微組織 在還原 劑抗壞血酸的作用下 氧化石墨被還原 前兩組得知隨著還原劑的用量的增大 還原效果越 好 但當抗壞血酸用量加至 1 15 時發(fā)現(xiàn)片層沒有變薄 反而片層加厚 片層分離不明顯 還 原效果一般 范雅 石墨烯的制備及其電性能研究 抗壞血酸的用量和溫度對石墨烯的影響 20 從圖 3 5 3 6 3 7 3 8 中可以觀察到所制備的樣品顯微組織表面均存在不同程度的 褶折疊 石墨烯的表面本身就不是完全平整的 為了維持其熱穩(wěn)定性 會降低體系的自由 能 從而表面會出現(xiàn)一定高度的波浪起伏的褶皺 試驗制得的石墨烯顯微組織圖可以看到 在 80 時抗壞血酸與氧化石墨的比例為 1 1 時的石墨烯出現(xiàn)片層結(jié)構(gòu) 層與層之間有一定 的褶皺 但是增加抗壞血酸的用量 當還原劑與氧化石墨的比例為 1 10 時的石墨烯的表面 形貌相對平滑 層與層距離加大 也就是說比例為 1 10 的石墨烯表面的褶皺程度相對其他 加入量的石墨烯表面的褶皺程度要小 所以加入的比例為 1 10 的用量的石墨烯的層數(shù)要比 其他添加量所得到的石墨烯層數(shù)少 還原效果好 繼續(xù)加大還原劑的用量時 還原效果又 不佳 層的厚度又加大 3 1 3 電容性能分析 將做好的極片進行測試 以氧化石墨與抗壞血酸質(zhì)量比例為 1 2 為例 通過公式 3 9 和 3 10 可計算出多孔石墨的比電容 Cs Cf 3 6Q U 3 9 Cs 2Cf Mc 3 10 式中 Cf 電容器電容 F g 1 Q 放電電量 mA h U 放電過程電壓變化值 F g 1 Cs 比電容 F g 1 Mc 單電極中樣品的質(zhì)量 g 如圖 3 11 所示 為氧化石墨與抗壞血酸質(zhì)量比例為 1 2 時測試石墨烯電容性能得到的數(shù) 值 表 3 12 所示為 80 氧化石墨與抗壞血酸不同比例下的比電容數(shù)值 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計 論文 21 圖 3 11 1 2 石墨烯電性能數(shù)據(jù) Fig 3 11 Electrical performance datas of the ratio of 1 2 for graphene 石墨烯自身具有很高的理論比表面積 并且具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能 選擇其作為雙電層 電容器電極材料 并且將石墨烯作為制備中的活性物質(zhì) 以聚偏氟乙烯 PVDF 為粘結(jié)劑 以制定電極制備工藝 從表 3 12 中可以看到比電容 Cs 為 96 350F g 1 并且在以后的循環(huán) 過程中比電容在慢慢下降 說明電容性一般 對比循環(huán)充放電發(fā)現(xiàn) 在采用的 0 1Ag 1的電 流密度下 對制作的四個電極進行恒流充放電測試 由表 3 12 可以得出 在還原劑與氧化 石墨比例為 1 10 時比電容最高 石墨烯在實驗中充當了導(dǎo)電劑 說明了石墨烯良好的導(dǎo)電 性能 且標準的石墨烯自身特有的薄層二維結(jié)構(gòu)為制備的石墨電極提供了更好的導(dǎo)電網(wǎng) 絡(luò) 并且降低了界面接觸電阻 另一方面也使制備石墨烯電極簡易方便 不同還原劑與氧化石墨的用量使其電容性能效果不同 在 0 1Ag 1電流密度下 1 2 1 5 和 1 10 1 15電極所產(chǎn)生的電容量分別為96 350 F g 1 104 465F g 1和105 127 F g 1 103 963F g 1 1 10 的電極具有相對較高的電容值 這與電極材料的表面性征十分相關(guān)且規(guī)律一致 這說明石墨烯產(chǎn)生的堆垛和大量缺陷有利于電容器雙電層行為的提高 在 30 個循環(huán)以后 電容稍微衰減 說明極片具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性 表 3 12 不同比例下的電性能數(shù)據(jù) Fig 3 12 Electrical performance data under different proportions 范雅 石墨烯的制備及其電性能研究 抗壞血酸的用量和溫度對石墨烯的影響 22 比例1 21 51 101 15 比電容 F g 1 96 350104 465105 127103 963 因此 從表 3 12 可知 1 2 1 5 和 1 10 1 15 電極所產(chǎn)生的電容量分別為 96 350F g 1 104 465F g 1和 105 127 F g 1 103 963F g 1 1 2 的電極具有在這些數(shù)據(jù)中具有相對低的電 容保持率 這是由于石墨材料在制備過程中的沒有被完全氧化和剝離 這樣使得電極表面 受到了封閉 這樣使得被壓實的制備的石墨片可能阻礙了過程中電解液離子浸入和流動到 其間 使得電極的電化學性能沒那么優(yōu)良 還原劑與氧化石墨比例為 1 2 的用量時 石墨的 片層會有表面上面