石墨烯材料的制备及其在电化学领域的应用(5)

石墨烯材料的制备及其在电化学领域的应用／吴诗德等

墨烯片上的表』可电荷密度和磁性纳米颗粒的尺寸就可以调Ｈ复合制料的磁性．其独特的性质使其在磁共振成像或蛋白质分离方面具有一定的应用潜力。目前，彳ｉ墨烯基复合材料的制备方法主要有化学耦合法Ｉ…、原位还原萃取分散技术Ｉ”ｉ、共沉淀法２…、催化还原反应”…等。

氧化石墨烯足结晶性商的石墨强力氧化后加水分解得到的化合物，与氟化石墨一样可以归类为有共价键的石墨层间化合物。氧化石墨烯片表面带有大量亲水性酸性官能团．具有良好的润湿性能和表面活性，从而使其能在稀碱水和纯水中分散，形成稳定的胶状悬浮液，这使得石墨烯与其他材料的复合形式多样化。如Ｇｒａｅｍｅ等…将Ｔｉ０２吸附在氧化石墨烯上通过紫外线辅助的催化还原合成了ＴｉＯ：一石墨烯纳米复合材料；Ｎｅｔｈｒａｖａｔｈｉ等””通过氧化石墨烯与活性阴离子的复合，经还原制备了石墨烯一无机物纳米复合材料，说明氧化石墨烯的特殊结构使得石墨烯基复合材料的制备更容易以多样化的过程实现。

石墨烯复合材料的制备是目前石墨烯研究中的一大热点，因为虽然石墨烯本身的性能很好，但是与实际应用还有较大的距离，许多研究者希望通过石墨烯的复合达到在电学、电化学等领域实际应用的目的。

５７

合纸，并对其进行了电化学测试。如闭２所示，其中（ａ）、（ｂ）表明石墨烯及复合纸为层状结构，（ｃ）、（ｆ）图中的箭头表明不定型碳膜沉积在铜网上。结果表明该石墨烯基复合纸具有好的拉伸强度（１２．６ＭＰａ），及大而稳定的电化学容量（质量容量２３３Ｆ／ｇ和体积容量１３５Ｆ／ｃｍ３）．这要比石墨烯纸及很多实际应用的碳基电极大得多，石墨烯基复合材料的这些令人感兴趣的特性，必使其成为超级电容器中自由电极最有前途的材料。

回

７ＩＩｊ＿．≮－｜＿

图２石墨烯纸（（ａ）。（ｃ）。（ｅ））和复合纸（（ｂ）．（ｄ）．（ｆ）

的ＳＥＭ和ＴＥＭ圈

Ｆｉｇ．２

Ｉ照、一～

ＩＩ，、

‘１

３石墨烯材料在电化学领域中的应用

３．１在超级电容器中的应用

碳质材料是最早也是目前研究和应用得很广泛的超级

电容器电极材料。自成功制备出石墨烯以来，人们开始探究这种ｓｐ２结构的碳质材料在超级电容器中应用的可能性。

ＭｅｒｃｉｎＳｔｏｌｌｅｒ等”“合成了化学改性石墨烯。具有１个Ｃ

ＳＥＭａｎｄＴＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｔｈｅＧ－ｐａｐｅｒ（（ｎ）．（ｃ）。（ｅＪ）

ａｎｄ

ＧＰＣＰ－９帅ｓ（（ｂ）。（ｄ）。（ｆ））

上述研究结果说明石墨烯材料应用于超级电容器有其独特的优势。尽管目前的研究与实际应用有一定的差距，但是也展现出其在超级电容器中的应用潜力．因为基于石墨烯的超级电容器具有良好的功率特性。

原子的厚度，并在超级电容电池中测试了其性能，结果显示：材料在无机电解液及有机电解液中的比容量分别为１３５Ｆ／ｇ和９９Ｆ／ｇ；另外，由于材料有高的电导率，使得材料在宽的电压扫描速率下具有好的性能。

ＳＲＣＶｉｖｅｋｃｈａｎｄ等””比较了３种方法制备的石墨烯

３．２在锂离子电池中的应用

碳质材料是最早为人们所研究并商品化的锂离子电池

负极材料，至今仍是大家关注和研究的重点之一。石墨烯作为一种由石墨出发制备的新型碳质材料．单层或者薄层石墨烯（２～１０层的多层石墨烯）在锂离子电池中的应用潜力也进入研究者的视野之中。

Ｇｕｏ等”“通过修饰的Ｓｔａｎｄｅｎｍａｉｅｒ法制备了氧化石墨ＧＯ．随后经高温处理合成石墨烯ＧＮＳ，并以其为锂离子电池负极材料进行电化学测试，结果显示其可逆容量为６７２ｍＡ ｈ／ｇ，且有较好的循环性能。Ｗａｎｇ等”“通过化学法合成了石墨烯纳米带，并将其作为锂离子电池负极材料，进行恒电流充放电循环性能测试，结果显示首次放电及充电容量分别为９４５ｍＡ ｈ／ｇ、６５０Ａ ｈ／ｇ，如图３所示，１００次循环之后，比容量为４６０Ａ ｈ／ｇ。Ｙｏｏ等ｉａ７１研究了石墨烯应用于锂离子二次电池负极材料中的性能，发现其比容量可以达到

的电容性能。在硫酸电解液中，通过氧化石墨热膨胀法和纳米金刚石转化法得到的石墨烯具有较高的比电容，可以达到１１７Ｆ／ｇ；在有机电解液中，电压为３．５Ｖ时，其比电容和比能量可以达到７１Ｆ／ｇ和３Ｉ．９Ｗ ｈ／ｋｇ。石墨烯是完全离散的单层石墨材料，其整个表面可以形成双电层；但是在形成宏观聚集体过程中．石墨烯片层之问互相杂乱叠加，使得形成有效双电层的面积减少（一般化学法制备获得的石墨烯具有２００～１２００ｍ２／ｇ的表面积）。如果其表面可以完全释放．则将获得远高于多孔炭的比电容。在石墨烯片层叠加而形成宏观体的过程中．形成的孔隙集中在１００ｎｍ以上，有利于电解液的扩散。

ＦｅｎｇｈｕａＬｉ等”…通过一步法合成石墨烯／ＳｎＯｚ纳米复

５４０ｍＡ“／ｇ；在其中掺入Ｃ和碳纳米管后．负极的比容量可

达７８４ｍＡ ｈ／ｇ和７３０ｍＡ ｈ／ｇ。

Ｓｅｕｎｇ—ＭｉｎＰａｅｋ等［…将石墨烯溶解在乙二醇中与金红

合材料，通过循环伏安法、电极阻抗谱法测试了材料的超级电容器性能，发现，复合材料的循环伏安曲线为矩形，当电压扫描速率增加时，比容量降低很少。

石结构的纳米Ｓｎ０２复合．形成多孔复合材料，将其作为电极

进行电化学测试．结果表明该复合材料的可逆容量为８１０ｍＡ ｈ／ｇ，与纯纳米Ｓｎ（Ｘ颗粒相比，循环性能得到明显改善．３０次循环之后．充电容量为５７０ｍＡ ｈ／ｇ，可逆窖量保持

Ｗａｎｇ等“”通过Ｈｕｍｍｅｒｓ法制备了氧化石墨．经Ｈ２

（４００ｃ．２ｈ）还原氧化石墨合成了石墨烯及石墨烯一聚苯胺复

搜索“diyifanwen.net”或“第一范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，第一范文网，提供最新人文社科石墨烯材料的制备及其在电化学领域的应用(5)全文阅读和word下载服务。