石墨烯基复合材料的制备及其在超级电容器中的应用.pdf

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1、第9期化学世界石墨烯基复合材料的制备及其在超级电容器中的应用赵纯一。王继库(吉林师范大学a.化学学院;b.环境友好材料制备与应用教育部重点实验室,吉林四平136000)摘要:石墨烯作为一种具有独特二维结构的新型无机纳米材料,因其优异的力学、热学、电学和光学性能,使其成为应用在电化学领域的理想材料。详细综述了石墨烯基复合材料的各种制备方法,并对其在超级电容器中的应用现状进行了系统总结。关键词:石墨烯;超级电容器;综述中图分类号:TQ127.1:艾献标志码:A文章编号:0367—6358(2014)09—0569—04PreparationandApplicationinSupercapac

2、itorofGraphene~basedCompositesZHAOChun—yi~.WANGJi—ku’(JilinNormalUniversity,a.CollegeofChemistry;b.KeyLaboratoryofPreparationandApplicationsofEnvironmenta1FriendlyMaterials,MinistryofEducation,JilinSiping』36000,China)Abstract:Grapheneasanovelinorganicnanoparticlewithuniquetwo—dimensionalstructure

3、shasbecomeanidealmaterialinelectrochen1icalapplicationforitssuperiormechanical,thermal,electricalandopticalproperties.Variousstrategiedtopreparegraphene—basedcompositesandtheapplicationprospectofthesematerialsinsupercapacitorwerereviewed.Keywords:graphene;composites;supercapacitor;overview2004年,G

4、eim等_1采用微机械剥离法成功制污染等优点。常被应用于环保汽车、军事及便携式备出独特结构的石墨烯,经表征石墨烯是由单层碳电子产品等领域。超级电容器按储能机理分为双电原子以sp杂化方式相连的二维材料,厚度仅为层电容器和赝电容电容器。双电层电容器通过电极0.34nm,是目前为止报道的最薄材料。该材料由与电解质之间形成的双层来储存能量,电极材料主单层碳原子以六元环形式组成,可:二维空间无限要是碳材料;赝电容电容器主要是电活性物质在电延伸;每个碳原子以键与相邻的三个碳原子连接,极材料表面或体相的二维或准二维空间上进行欠电极强的碳碳作用使石墨烯具有优异的力学性能;每位沉积,发生法拉第氧化还原反应

5、,产生与电极充电个碳原子最外层剩余的垂直于石墨烯平面的丌电子电位相关的电容,电极材料主要是金属氧化物和导轨道,形成大范围的离域丌键,电子可在石墨烯中自电高分子。由移动,使石墨烯兼具了优异的导电性_2]。这些优决定超级电容器性能的关键因素之一是电极材势使其被广泛应用在超级电容器、锂电池和电催化料。‘石墨烯作为碳材料在储能应用中的新元素,以等方面。其比表面积大、导电率高、化学性能稳定这些优点在超级电容器[被称为电化学电容器,具有功率电极材料领域具有良好的应用前景。然而由于石墨密度高、循环寿命长、能够快速充放电、和对环境无烯片层受范德华力的影响容易发生团聚或叠加,降收稿日期:2O14一O6—2

6、3;修回日期:2O14—07—15基金项目:国家自然科学基金项目(2107704)和吉林省自然科学基金资助(20101541,201115220)。作者简介:赵纯一(1988一),女,吉林四平人,硕士生,主要研究石墨烯基超级电容器。联系人:E-mail=]ikuwang@sina.com。化学世界2014往低了比表面积和比容量,因而需要对其进行改进,容达到279F/g。文献l7]以氢溴酸(HBr)为还原剂+●,通过共混和化学掺杂改善石墨烯的分散性和电化学制备出能重新分散于水的2~3层的石墨烯,其比电性能。容在电流密度为0.2A/g的1mol/LHSO电解液中达348F/g,是目前获得的纯

7、石墨烯比电容的最高值,这与使用HBr在石墨烯表面去除了含氧基团有关。2石墨烯基复合材料的制备及其在超级电容器中的应用2.1石墨烯/无机纳米复合电极材料的制备及其在超级电容器中的应用石墨烯/无机复合材料主要包括以石墨烯为基困体,跟金属氧化物或半导体的复合。一方面,无机纳图1单层石墨烯结构米粒子的存在可使石墨烯片层间距增加到几个纳米,有效阻止石墨烯片层的团聚,使单层石墨烯的独电解液界面引出电极特性质得以保留;另一方面,可以大大减少贵金属

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