碳基纳米复合材料的制备及其超级电容器性能研究.pdf

Fabrication of Carbonaceous posites and its application for supercapacitorThesisSubmitted toNanjing University of Posts and munications for the Degree of Master of ScienceByQing LongSupervisor: Prof. Xiaochen DongMay2013南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实,愿意承担一切相关的法律责任。南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档;允许论文被查阅和借阅;可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索;可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。论文的公布(包括刊登)授权南京邮电大学研究生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研究生签名:_____________ 日期:____________研究生签名:____________导师签名:____________ 日期:_____________I摘要随着能源危机的爆发,大家对环境的关注越来越多,对更好的储能材料的需求也越来越迫切。超级电容器由于其功率密度高,寿命长,工作范围宽等优良的特点引起人们广大的关注。超级电容器是一种建立在德国物理学家亥姆赫兹提出的界面双电层理论基础上,利用固体电极与电解质之间形成的双电层原理来储存电能的新型电化学装置,而电极材料是整个装置中最重要的元素,所以研究新的电极材料尤为重要。电极材料大致分为碳材料,金属氧化物以及导电聚合物,作为超级电容器的电极材料,碳材料稳定性好但是比电容值不大,而金属氧化物则相反,具有较大的比电容值但是稳定性差。本论文中,将碳材料与金属氧化物进行复合,制备具有不同形貌的碳基纳米材料,研究了其在超级电容器领域的应用性能,具体包括:(1)通过调控氧化石墨烯(GO)与氯化钴盐的比例制备纳米复合物,在500oC的Ar∕H2=95:5 的混合气体中煅烧2 h,将GO还原的同时也将碱式碳酸钴煅烧为四氧化三钴,测试石墨烯与氯化钴盐比例不同复合物的电化学性能,得到比电容值能达到70 F/g的复合材料,在5mA的电流下,其充放电次数1000次后电容值仍然能达到初始值的86%,呈现出较好的循环稳定性。(2)利用简单的水热合成法制备了碱式碳酸钴与GO的复合物,GO经肼蒸气处理还原后在空气中煅烧得到Co3O4/石墨烯的复合材料,三电极方法测试其电化学性能发现其比电容值可达到187 F /g。(3)在介孔碳纳米棒(Rs)辅助下,运用一步水热合成法得到形貌可控、粒径均一、高结晶四氧化三钴纳米立方体,在探讨四氧化三钴立方体形成机理基础上将其应用于超级电容器中,研究发现其比电容值可以达到350 F /g。关键词:石墨烯,金属氧化物,超级电容器,介孔纳米棒,纳米立方体IIAbstractEnergy crisishas been easerious issue in recent decades, it is an ugent tasktodevelop better energy storage a novel electrochemical energy storage device basedon the interface electric double layer theoryof German physicist Helmholtz, which has attarcted increasingly attention due to its high power density, long life, wide operating range andother excellent principleis making use of an electric double layer consisting ofthe solid electrode and the electrolyte. Therefore, electrode materi