多級功能石墨烯的制備及其在高性能電極材料的應用.pdf

1、石墨烯是一種具有獨特二維結構的新型材料，它是2004年英國曼徹斯特大學Geim教授等人通過剝離高定向熱解石墨發(fā)現(xiàn)的。石墨烯的發(fā)現(xiàn)在科學界引起了較大的轟動，因為在石墨烯被發(fā)現(xiàn)之前，理論和實驗都認為完美的二維晶體結構不能在非絕對零度下穩(wěn)定存在，石墨烯的出現(xiàn)打破這一觀念。由于石墨烯特殊的二維結構使其在電學、光學、力學、熱學等方面具有許多優(yōu)良的特性，因此石墨烯成為物理、化學、材料科學、微電子等領域的研究熱點。以石墨烯片狀結構為單元，構筑的具有多

2、級結構的新型結構材料不僅能表現(xiàn)出一些比石墨烯單元更具優(yōu)異的性能，而且還會產生一些新的良好性能，從而擴展石墨烯在功能材料、催化、能源等諸多領域的應用。本文以一種創(chuàng)新的方法制備了三維且成泡沫狀的石墨烯，并以此為基礎制備了四種材料，并研究它們在電極材料方面的應用特性。
　　本論文按所研究材料的不同分為四大體系，依次是本征三維石墨烯、磷摻雜三維石墨烯、本征三維石墨烯和氧化鋅納米棒的復合物、磷摻雜三維石墨烯和氧化鋅納米棒的復合物。取得了如下

3、創(chuàng)新性的成果：
　　1、采用化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition)的方法，用無水乙醇作為碳源，泡沫鎳作為催化劑和生長基底，采用鼓泡的形式，在750oC的條件下生長出本征三維石墨烯。所制備的本征三維石墨烯完美地保持了泡沫鎳的三維網狀結構，通過對其電學性能的表征，其電導率可以高達7.293×104S/m，在掃描速度為5mV/s時，其電容量可以高達380F/g；
　　2、采用CVD方法，用三苯基磷(TP

4、P)同時作為碳源和磷源，泡沫鎳作為催化劑和生長基底，首次生長出磷摻雜三維石墨烯。所制備的磷摻雜三維石墨烯沒有采用通常有毒的溶劑、并且P的摻雜量可以高達2.91％。通過電化學表征，所制備的磷摻雜三維石墨烯的開啟電壓為-0.187V，在循環(huán)10000s之后其電流密度只下降了12.59%，同時具有很好的抗甲醇毒性。
　　3、在本征三維石墨烯的基礎上，采用水熱法，在本征三維石墨烯表面生長氧化鋅納米棒，形成本征三維石墨烯和氧化鋅納米棒的復合

5、物，并對其結構和形貌進行表征，并研究它超級電容器方面的性能，并研究其與本征三維石墨烯的區(qū)別；所制備的三維石墨烯/氧化鋅復合物在掃描速度為5mV/s時，其電容量可以高達電554.23F/g，同時在2300次循環(huán)后，其電容量依然能保持原電容量的94.4%，表現(xiàn)出了良好的超級電容器性能。
　　4、在磷摻雜三維石墨烯的基礎上，采用水熱法，在磷摻雜三維石墨烯表面生長氧化鋅納米棒，對其結構和形貌進行表征，并研究它超級電容器方面的性能，并探究與