石墨烯对Ni_OH_2超级电容器材料电化学行为的影响

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1、第17卷第3期电化学Vol．17No．32011年8月ELECTROCHEMISTRYAug．2011文章编号:1006-3471(2011)03-0292-08石墨烯对Ni(OH)2超级电容器材料电化学行为的影响*赵真真，倪文彬，高能越，王洪波，赵健伟(南京大学化学化工学院，生命分析国家重点实验室，江苏南京210093)摘要:研究了氧化缺陷石墨烯对Ni(OH)2电化学性能的增强作用．实验上，由恒电位沉积法在石墨烯基底上制备Ni(OH)2纳米粒子/石墨烯复合材料．TEM观察和电化学测试表明，Ni(OH)2纳米粒子均匀地分散－1在石墨烯基底上，其粒径为5．0±0．5nm，体系的质量比电容值为19

2、28F·g．量化计算表明，上述复合材料乃是通过Ni(OH)2与石墨烯表面功能基团的强化学作用相结合而导电的，电子则是自石墨烯基底经氧化缺陷向Ni(OH)2传递，导致Ni(OH)2带负电，从而形成Ni(OH)2纳米粒子的单向导电行为．关键词:石墨烯;氢氧化镍纳米粒子;电化学沉积;超级电容器中图分类号:O646;TM911文献标识码:A［16］近年来，Ni(OH)2作为超级电容器电极材料的锂离子电池的储电能力;Nakamura等指出石因其价格低廉，电化学氧化还原特性稳定等而受墨烯对Pt纳米团簇电化学活性具有增强作用，其到越来越多的关注．Ni(OH)2的电化学电容特性原因可能与金属或金属氧化物对石墨

3、烯电子结构与其粒子的尺寸、形貌以及晶格类型紧密相关．为的改变有关．为了研究这种增强作用的机理，本文了提高它的比电容值，人们做出了许多努力，合成采用一种简单的电化学沉积法，借助石墨烯的诱了许多具有不同纳米结构的Ni(OH)2材料，如纳导作用，直接在石墨烯基底上沉积高分散的米带［1］，三维纳米花［2-3］，空心结构［4］以及纳米多Ni(OH)2纳米粒子，并且优化制备条件，得到高度孔膜［5-7］等等．然而对具有较大有效比表面积的分散的Ni(OH)2纳米粒子(粒径为5．0±0．5Ni(OH)2纳米粒子则因容易发生团聚而不易合nm)．且因粒子与基底之间有较强的相互作用，从成．为了缓解团聚出现且提高粒子的

4、分散程度，而使该Ni(OH)2材料的电化学性能得到很大提Vidottim等利用有机分子修饰Ni(OH)2粒子使形高．此外，还应用量化计算的方法以阐明Ni(OH)2［8］与不同氧化态的石墨烯基底之间的相互作用，以成保护层以阻止粒子的相互聚集．但是这样的及Ni(OH)2纳米粒子的电化学行为与其电子结构外层有机分子无疑会阻碍Ni(OH)2粒子和电极基的关系．底之间的电子传递作用．1实验部分石墨烯具有超高的电子导电性和极大比表面2－1［9］积，理论值高达2600m·g，这使得石墨烯非1．1材料制备常适合作为复合材料的基质材料．目前，还原氧化氧化石墨(GO)由Hummer方法［17］制备．取石墨是制备批

5、量石墨烯较为可行的方法之其50．0mg分散于100．0mL去离子水中，超声分［10-13］一．但这种方法的明显缺点是还原不完全，即散2h得到氧化石墨烯(GNOs)．泡沫镍电极首先［14］制成的石墨烯表面有许多缺陷．用丙酮超声除油，经0．5mol·L－1HSO刻蚀1024石墨烯对活性物质的电化学性能有增强作s后，去离子水清洗．将处理过的泡沫镍电极于［15］用．据Honma等报道，石墨烯可以增强含SnO20．05%(bymass)GNOs溶液中浸泡4h，然后用收稿日期:2011-04-18，修订日期:2011-05-24*通讯作者，Tel:(86-25)83596523，E-mail:zhaojw

6、@nju．edu．cn国家自然科学基金(20821063和20873063)、973项目基金(2010CB732400)资助第3期赵真真等:石墨烯对Ni(OH)2超级电容器材料电化学行为的影响·293·去离子水多次清洗，晾干．将以上GNOs修饰的泡沫镍电极在－0．9V电位下电化学还原数分钟后，即可得到还原的氧化石墨烯(rGNOs)．使用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，对电极为缠绕的铂丝电极，－1电化学还原反应所用电解液为0．5mol·LNa2SO4溶液，pH=7．将rGNOs修饰的泡沫镍电极－1于0．1mol·LNi(NO3)2溶液恒电位－0．7V下沉积1000s制得Ni(OH)

7、2纳米粒子．作为比较，另以未经修饰的泡沫镍电极于同一实验条件下直接电沉积得Ni(OH)2膜．1．2形貌表征及电化学性能材料的形貌表征使用S-4800扫描电子显微镜(日本Hitachi)和JEM-2100透射电子显微镜(日本Joel)．电化学循环伏安和恒电流充放电测试使用图1石墨烯及氧化缺陷石墨烯的模型示意(应用Ha-CHI660b型电化学工作站(上海辰华)，以饱和甘*tree-Fock方法与6-3