便攜式電子設備已成為我們日常生活中不可或缺的消費品,顯然這些設備中的小型化儲能器件需要在盡可能小的空間內儲存更多的能量,這就意味著重量比電容并不是最重要的評價參數指標,而是體積比電容性能。通常超級電容器電極優(yōu)異的體積比電容性能需要其重量比電容和密度能同時達到較理想的值,但大多數電極的重量比電容和密度之間的關系是矛盾對立的,從而導致低的體積能量密度。本論文以具有豐富多孔結構的多孔石墨烯以及自身擁有高體積比電容性能的類石墨烯材料（MXene）作為基體,通過設計調控并優(yōu)化多孔石墨烯與導電聚合物和MXene之間的構建方式,使制備出的電極材料具有緊湊的連貫孔隙結構,并致力于從納米尺度上深入探究電極體積比電容性能參數的影響因素以及規(guī)律,同時揭示離子在電極材料中的傳輸機理。將氧化石墨烯、雙氧水和吡咯采用簡單的一步水熱和機械壓縮的方法制備出自支撐的多孔石墨烯/聚吡咯復合薄膜,通過控制雙氧水和吡咯的用量來調節(jié)石墨烯表面納米孔大小以及復合物層間的孔隙結構,進而實現了具有致密連貫孔結構的電極材料構筑。結果表明這種電極材料具有優(yōu)異的體積比電容和倍率性。在此基礎上,對多孔石墨烯水凝膠進行氮摻雜處理,誘導聚苯胺以... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數】：153 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究目的和意義
    1.2 超級電容器簡介
        1.2.1 超級電容器發(fā)展現狀
        1.2.2 超級電容器儲能機制
        1.2.3 超級電容器性能影響因素
    1.3 高體積比電容超級電容器電極材料
        1.3.1 石墨烯基高體積比電容電極材料
        1.3.2 MXene基高體積比電容電極材料
        1.3.3 其它高體積比電容電極材料
    1.4 本論文的主要研究內容
第2章 材料制備與研究方法
    2.1 實驗材料和儀器
        2.1.1 實驗材料
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 材料的制備方法
        2.2.1 氧化石墨烯的制備
        2.2.2 自支撐的多孔石墨烯/聚吡咯薄膜制備
        2.2.3 自支撐的氮摻雜多孔石墨烯/聚苯胺薄膜制備
        2.2.4 高質量低缺陷的MXene制備
        2.2.5 納米多孔MXene薄膜的制備
        2.2.6 改性MXene/多孔石墨烯薄膜制備
    2.3 材料形貌與組成表征
        2.3.1 場發(fā)射掃描電子顯微鏡
        2.3.2 場發(fā)射透射電子顯微鏡
        2.3.3 原位多功能透射電鏡
        2.3.4 原子力顯微鏡
        2.3.5 X射線衍射儀
        2.3.6 X射線光電子能譜分析
        2.3.7 Raman光譜分析
        2.3.8 孔結構分析
        2.3.9 傅立葉紅外光譜儀
    2.4 電化學性能分析
        2.4.1 電化學測試體系
        2.4.2 電化學性能測試
        2.4.3 電化學性能計算
第3章 多孔石墨烯/聚吡咯薄膜的微觀納米尺度調控及性能研究
    3.1 引言
    3.2 多孔石墨烯/聚吡咯薄膜的設計及制備
    3.3 多孔石墨烯/聚吡咯薄膜的表征
        3.3.1 氧化石墨烯形貌結構表征
        3.3.2 多孔石墨烯/聚吡咯薄膜形貌結構表征
    3.4 多孔石墨烯/聚吡咯薄膜電化學性能表征
        3.4.1 三電極測試體系性能分析
        3.4.2 離子在多孔石墨烯/聚吡咯薄膜中的傳輸機理分析
        3.4.3 二電極測試體系性能分析
    3.5 本章小結
第4章 氮摻雜多孔石墨烯/聚苯胺薄膜的構筑及性能研究
    4.1 引言
    4.2 氮摻雜多孔石墨烯/聚苯胺薄膜的設計及制備
    4.3 氮摻雜多孔石墨烯/聚苯胺薄膜表征
        4.3.1 多孔石墨烯形貌結構表征
        4.3.2 多孔石墨烯/聚苯胺水凝膠形貌表征
        4.3.3 氮摻雜多孔石墨烯/聚苯胺水凝膠形貌表征
        4.3.4 氮摻雜多孔石墨烯/聚苯胺薄膜形貌結構分析
    4.4 氮摻雜多孔石墨烯/聚苯胺薄膜電化學性能表征
        4.4.1 三電極測試體系性能分析
        4.4.2 二電極測試體系性能分析
    4.5 本章小結
第5章 納米多孔MXene薄膜的可控構建及性能研究
    5.1 引言
    5.2 高質量低缺陷MXene的探索制備
        5.2.1 氫氟酸直接刻蝕法
        5.2.2 原位生成氫氟酸刻蝕法
    5.3 具有褶皺結構的納米多孔MXene薄膜制備及性能研究
        5.3.1 具有褶皺結構的納米多孔MXene薄膜設計及制備
        5.3.2 具有褶皺結構的納米多孔MXene薄膜的表征
        5.3.3 具有褶皺結構的納米多孔MXene薄膜電化學性能研究
    5.4 基于犧牲模板構筑柔性納米多孔MXene薄膜及性能研究
        5.4.1 柔性納米多孔MXene薄膜的設計及制備
        5.4.2 柔性納米多孔MXene薄膜的表征
        5.4.3 柔性納米多孔MXene薄膜的電化學性能研究
    5.5 本章小結
第6章 改性MXene/多孔石墨烯薄膜的構筑及性能研究
    6.1 引言
    6.2 改性MXene/多孔石墨烯復合薄膜的設計及制備
    6.3 改性MXene/多孔石墨烯復合薄膜的表征
        6.3.1 多孔氧化石墨烯的形貌結構表征
        6.3.2 改性MXene/多孔石墨烯薄膜形貌結構表征
    6.4 改性MXene/多孔石墨烯復合薄膜的電化學性能表征
        6.4.1 三電極測試體系性能分析
        6.4.2 離子在改性MXene/多孔石墨烯薄膜中的傳輸機理分析
        6.4.3 二電極測試體系性能分析
    6.5 本章小結
結論
創(chuàng)新點
展望
參考文獻
攻讀博士期間發(fā)表的學術論文及參與的項目
致謝
個人簡歷


【參考文獻】：
期刊論文
[1]Carbon-based supercapacitors for efficient energy storage[J]. Xuli Chen,Rajib Paul,Liming Dai.  National Science Review. 2017(03)
[2]石墨烯/聚吡咯復合材料與電化學應用研究進展[J]. 陳南,胡悅,趙揚,曲良體.  高分子學報. 2014(06)

博士論文
[1]介觀結構碳基納米材料的設計、制備及超級電容器性能[D]. 趙進.南京大學 2016
[2]石墨烯組裝體的制備及其電化學應用研究[D]. 盛凱旋.清華大學 2013



本文編號：3042900