面向超級(jí)電容儲(chǔ)能的垂直取向石墨烯納米通道粗糙度及潤(rùn)濕特性調(diào)控.pdf

1、石墨烯作為新型二維材料，被視為超級(jí)電容儲(chǔ)能的理想電極材料，在儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域研究中具有廣闊而深遠(yuǎn)的前景。但是，傳統(tǒng)化學(xué)方法制備環(huán)節(jié)中極易形成大量層間團(tuán)聚，嚴(yán)重影響活性載體的有效儲(chǔ)能面積，限制了石墨烯儲(chǔ)能能力?；诖怪比∠蚴┑男滦统?jí)電容器，可有效避免層間團(tuán)聚、促進(jìn)離子擴(kuò)散和電荷轉(zhuǎn)移，具有高效儲(chǔ)能的潛力。然而，垂直取向石墨烯本征疏水的性質(zhì)，直接制約了對(duì)材料有效利用，影響其儲(chǔ)能潛力。本論文通過(guò)對(duì)垂直取向石墨烯微觀粗糙度的修飾，實(shí)現(xiàn)其潤(rùn)濕特性

2、的調(diào)控，改變有效儲(chǔ)能面積，從而影響其儲(chǔ)能性能，對(duì)垂直取向石墨烯超級(jí)電容儲(chǔ)能性能與機(jī)理展開(kāi)深入的研究與探討。
　　采用微波等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法，通過(guò)調(diào)整相關(guān)生長(zhǎng)參數(shù)，制備具有高度分枝化結(jié)構(gòu)的垂直取向石墨烯。利用毛細(xì)驅(qū)動(dòng)形貌結(jié)構(gòu)修飾方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直取向石墨烯納米通道表面粗糙度的調(diào)控，獲得了三種不同表面粗糙度的垂直取向石墨烯，其粗糙度由大至小排列依次為VGs-O>VGs-A>VGs-W。
　　垂直取向石墨烯納米通道表面粗糙

3、度直接影響納米通道內(nèi)的固-液界面之間作用，決定垂直取向石墨烯表面潤(rùn)濕特性。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)表面粗糙度的修飾，可以簡(jiǎn)單有效地實(shí)現(xiàn)垂直取向石墨烯潤(rùn)濕特性的調(diào)控：液滴在粗糙度較大VGs-O表面形成3°的接觸角，表現(xiàn)出超親水特性；在粗糙度較小的VGs-W表面，液滴在呈橢球體，接觸角為108.8°，呈現(xiàn)疏水特性；粗糙度居于二者之間的 VGs-A表面接觸角則為40.6°，表現(xiàn)為親水特性。
　　進(jìn)一步研究具有不同表面粗糙度和潤(rùn)濕特性的垂直取向石

4、墨烯超級(jí)電容儲(chǔ)能性能。研究結(jié)果表明，VGs-O具有豐富的分枝邊緣結(jié)構(gòu)，為電荷儲(chǔ)存提供了大量活性位點(diǎn)，其超親水的潤(rùn)濕特性，進(jìn)一步增加與電解質(zhì)的有效接觸。VGs-O體積電容達(dá)到4.08 F/cm3，大于粗糙度較小、較疏水的VGs-A（2.16 F/cm3）和VGs-W（1.58 F/cm3）。但是，粗糙度較小的VGs-W納米通道表面光滑，對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)阻礙作用小，VGs-W的-45°頻率高達(dá)1258 Hz，遠(yuǎn)大于VGs-O（50 Hz）。