氮摻雜石墨烯的合成及其電化學性能研究.pdf

1、石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最理想的二維納米材料。其極高的強度、出色的導電和導熱性能激發(fā)了科學家們極大的研究興趣，在電子學、吸附、催化、能源儲存等領域得到廣泛應用。然而石墨烯表面光滑且呈惰性，這很不利于它和其它材料的結合，所以在近些年來，對石墨烯進行摻雜成為了拓展石墨烯應用領域的重要方法。
　　本文以石墨烯為主體材料，充分利用其獨特的微觀結構和優(yōu)異的性能制備出電化學性能良好的氮摻雜石墨烯。采用SEM，TEM，XRD， Raman，BET，X

2、PS，CV，GCD等測試方法對氮摻雜石墨烯的相關性能進行表征，探索氧化石墨稀的加入量對形成的復合材料結構和電化學性能等方面的影響。SEM和TEM分析表明：當加入的氧化石墨烯的含量為3.75％時，合成的氮摻雜石墨烯呈現(xiàn)出無序、透明、褶皺的薄紗狀，且褶皺程度要明顯高于rGO。XPS分析表明，氮元素成功摻雜進石墨烯晶格中，含量為5.29%。 BET結果表明，氮摻雜石墨烯的比表面積顯著增大，能達到554.32 m2/g。電化學測試結果表明：氮摻

3、雜石墨烯的比電容達最高可達312 F/g，比rGO高出了4.69倍，而且經(jīng)過10000次循環(huán)后，比電容仍可維持在94.5%，顯示出較高的比電容和良好的循環(huán)壽命。
　　KOH化學活化會對氮摻雜石墨烯的結構和性能產(chǎn)生巨大影響，研究不同活化倍數(shù)的實驗結果，探索出KOH活化法制備氮摻雜石墨烯的最佳工藝條件。測試結果表明：在活化溫度800℃下，KOH的活化倍率從1.0到7.0的處理結果發(fā)現(xiàn)，活化之后的樣品的比電容和比表面積都獲得了較大的提高

4、，而且在活化倍數(shù)為3.0時達到最大值，此時的比表面積高達554.32 m2/g，比電容為312 F/g，比未活化的高出了3.2倍，顯示出良好的放電容量和較好的倍率性能；然而在活化倍數(shù)達到更高的數(shù)值時，比電容值和比表面積都開始下降，這種結果主要是因為過度活化造成孔結構的毀壞塌陷。
　　再以氧化石墨烯作為前驅體，固化后密胺樹脂作為氮摻雜劑，采用水熱法成功制備了石墨烯基氣凝膠，最后進行炭化得到超級電容器電極材料。采用 XRD，TEM，S

5、EM，TG，Raman，CV，GCD等對其結構和電化學性能進行表征，結果表明：所制備的氣凝膠均具有蜂窩狀的孔隙結構，石墨烯片層排布規(guī)整，孔洞均勻，孔隙較大，呈現(xiàn)三維有序網(wǎng)絡結構和多重的孔隙結構，并且密胺樹脂的附著良好，分散均勻。和石墨烯氣凝膠相比，GO/MF氣凝膠的電化學性能顯著提高，在電流密度為0.1 A/g時，比電容為106 F/g。這主要歸因于材料擁有中空的三維有序網(wǎng)絡結構，具有豐富的孔隙結構，有利于離子在電解液中的傳輸。而且適宜