碳納米管與石墨烯復(fù)合三維結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、碳材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性、價(jià)格低廉、環(huán)境友好的特點(diǎn)，是一類重要的電極材料，廣泛應(yīng)用于燃料電池、超級(jí)電容器和鋰離子電池等電化學(xué)能源器件。碳材料的分子與晶體結(jié)構(gòu)對(duì)其性能起著決定性的作用，也影響著它們?cè)陔姌O中的應(yīng)用。碳納米管和石墨烯分別是典型的一維和二維碳納米材料，與其他結(jié)構(gòu)的碳材料相比，二者具有更為優(yōu)異的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，其電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性能可通過氮、硼等原子摻雜進(jìn)行調(diào)控，因而被認(rèn)為是理想的電極材料。碳納米管和石墨烯作為無序的粉體材料應(yīng)

2、用時(shí)，由于互相堆疊會(huì)導(dǎo)致比表面積的大幅度減小，如石墨烯的比表面積會(huì)減少80％以上，這勢必削弱它們作為電極材料的性能。為了保障碳納米管和石墨烯的單體納米結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本論文開展了碳納米管/石墨烯三維結(jié)構(gòu)的研究，以石墨烯的二維平面作為載體生長碳納米管，發(fā)揮二者的協(xié)同作用，從而促進(jìn)其在燃料電池催化劑和超級(jí)電容器等方面的應(yīng)用，取得主要進(jìn)展如下：
　　1．以鱗片石墨為原料，通過Hummers法制備出氧化石墨（GO），利用GO表面和邊緣大量的含氧

3、官能團(tuán)吸附二價(jià)Ni離子，再用水合肼還原后形成還原氧化石墨（rGO）負(fù)載Ni催化劑，并以此為基底，以吡啶為氮源，通過化學(xué)氣相沉積（CVD）法，成功制備了含氮量為6.6 at%的氮摻雜碳納米管/石墨烯（NCNTs/G）三維復(fù)合材料。在堿性條件下，NCNTs/G表現(xiàn)出比未摻雜碳納米管/石墨烯（CNTs/G）更好的電催化氧還原性能，且前者的催化氧還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移數(shù)約為3.5，表明 NCNTs/G在燃料電池中具有應(yīng)用前景，并為我們?cè)O(shè)計(jì)制備三維結(jié)

4、構(gòu)無金屬催化劑提供了重要的參考依據(jù)。
　　2．我們提出了一種在泡沫鎳基底上合成3D MnO2/CNTs/G/NF復(fù)合材料的簡單方法，該方法首先以泡沫鎳（NF）作為基底，無水乙醇作為碳源，通過兩步 CVD過程制備CNTs/G/NF三維復(fù)合材料，再采用水熱法，在 CNTs的表面包覆一層 MnO2，構(gòu)建MnO2/CNTs/G/NF三維復(fù)合材料。該復(fù)合材料集CNTs的高導(dǎo)電性和MnO2大的贗電容于一體，且MnO2/CNTs同軸復(fù)合物可通過