【摘要】：超級電容器作為一種新型儲能設(shè)備,具有功率密度大、使用壽命長、比電容大等特點,其中贗電容體系中聚苯胺電極具有成本低、制備簡單、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點而受到熱捧。但聚苯胺電極存在循環(huán)穩(wěn)定性差、實際比電容低、電導(dǎo)率不高等問題。作為新型碳材料的碳量子點及石墨烯都具有較大的比表面積,可以為電子傳輸及存儲提供更多的空間,碳材料在電化學(xué)方面表現(xiàn)出良好的特性。將新型碳材料引入聚苯胺體系中,制備復(fù)合材料,利用好碳材料及聚苯胺之間的協(xié)同效應(yīng),提高電化學(xué)性能。本文基于碳點的制備,并將石墨烯與碳點復(fù)合,制備出一種新型面-點結(jié)構(gòu)的碳材料。后將此類碳材料應(yīng)用于聚苯胺基電極材料中進行電化學(xué)應(yīng)用。主要內(nèi)容如下:1選用微波法及電化學(xué)氧化法制備碳點,微波法以丙三醇為碳源結(jié)合制備碳點,同時丙三醇對碳點進行鈍化修飾使得所制備的碳點具有良好的熒光性、水溶性。電化學(xué)氧化法以石墨棒為原料在電解條件下進行剝離制備碳點。相比之下,微波法制備的碳點含有更為豐富的氫氧官能團,并且在制備工藝條件上簡單可控,對碳點的形貌尺寸可進行有效的調(diào)整,同時其制備時間較短,可進行大規(guī)模制備,應(yīng)用前景更好。2選用微波法制備的碳點,采用原位聚合法將其摻雜進聚苯胺體系中,所制備的復(fù)合電極在導(dǎo)電率、比電容、循環(huán)穩(wěn)定性方面均有提高。在0.5 A/g電流密度下相比純聚苯胺,PANI@25minCQDs復(fù)合電極的比電容提升了 25.72%,在5 A/g電流密度下循環(huán)1000次保持78%的比容量。3引入石墨烯基體,將碳點與氧化石墨烯進行水熱復(fù)合,成功制備出一種面-點結(jié)構(gòu)的碳材料。利用碳點的尺寸優(yōu)勢以及豐富的官能團,其對石墨烯進行了有效的修飾,極大的改善了石墨烯堆疊現(xiàn)象,所制備出的GO@CQDs復(fù)合材料結(jié)構(gòu)更為平整、實際比表面積更大、機械強度更好。4 GO@CQDs復(fù)合進聚苯胺體系中后,PANI@GO@CQDs復(fù)合電極的電化學(xué)性能得到了很大的提升,其中PANI@GO@30minCQDs在0.5 A/g的電流密度下相比純聚苯胺比電容提升51.43%,在循環(huán)穩(wěn)定性方面比電容保持在91%。5相比僅復(fù)合碳點,石墨烯的加入,提供了更為穩(wěn)定的碳結(jié)構(gòu),使得制備出的PANI@GO@CQDs復(fù)合電極相比PANI@CQDs在電化學(xué)性能方面得到了更大的提升�？赡苁鞘┫鄬Υ蟪叽绲姆�(wěn)定片層狀碳結(jié)構(gòu)起到了關(guān)鍵作用,碳點作為納米級碳顆粒在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定方面貢獻(xiàn)沒有石墨烯大。圖[58]表[10]參[110]。
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM53;TQ127.11
【圖文】：

而出現(xiàn)一種新型的碳同素異形體即石墨烯（Ｇｒａｐｈｅｎｅ）。這一新的發(fā)現(xiàn)使得他們逡逑成為２０１０年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者，并引發(fā)了很多科研工作者對石墨烯的瘋熱逡逑研究。圖１．１為常見的碳納米材料，分別是金剛石、碳量子點、富勒烯、碳納米逡逑管和石墨烯。逡逑Ｎａｎｏ－ｄｉａｍｏｎｄ邐Ｃａｒｂｏｎ邋Ｄｏｔｓ邐Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ邐Ｃａｒｂｏｎ邋Ｎａｎｏｔｕｂｅ邋Ｇｒｅｐｈｅｎｅ逡逑圖１．１常見碳納米材料逡逑Ｆｉｇｌ．ｌ邋Ｃｏｍｍｏｎ邋ｃａｒｂｏｎ邋ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑隨著碳材料的不斷發(fā)展，憑借著自身特有的性質(zhì)已經(jīng)在能源、環(huán)境、高新技逡逑術(shù)產(chǎn)業(yè)等得到廣泛的應(yīng)用，并且朝著越來越環(huán)保和人性化的方向發(fā)展。以下主要逡逑介紹兩種新型碳材料碳量子點和石墨烯。逡逑ｉ－１－ｉ碳量子點逡逑在眾多碳納米材料中，碳量子點因具有特殊的熒光性而備受矚目，其首次被逡逑Ｘｕ等［８］人使用電弧放電法制備碳納米管時發(fā)現(xiàn)，元素分析顯示其碳含量為逡逑５３．９３％、氮含量為１．２０％、氫含量為２．５６％、氧含量４０．３３％。從定義上講，碳量逡逑子點是一個廣義的概念，總結(jié)為懸浮于溶劑中的直徑尺寸上小于１０ｎｍ的碳納米逡逑材料，簡稱為碳點（ＣＱＤｓ）。碳點不僅具有熒光性能，還表現(xiàn)出良好的生物兼容逡逑性、無毒性、易修飾性和易功能化等優(yōu)點

而出現(xiàn)一種新型的碳同素異形體即石墨烯（Ｇｒａｐｈｅｎｅ）。這一新的發(fā)現(xiàn)使得他們逡逑成為２０１０年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者，并引發(fā)了很多科研工作者對石墨烯的瘋熱逡逑研究。圖１．１為常見的碳納米材料，分別是金剛石、碳量子點、富勒烯、碳納米逡逑管和石墨烯。逡逑Ｎａｎｏ－ｄｉａｍｏｎｄ邐Ｃａｒｂｏｎ邋Ｄｏｔｓ邐Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ邐Ｃａｒｂｏｎ邋Ｎａｎｏｔｕｂｅ邋Ｇｒｅｐｈｅｎｅ逡逑圖１．１常見碳納米材料逡逑Ｆｉｇｌ．ｌ邋Ｃｏｍｍｏｎ邋ｃａｒｂｏｎ邋ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑隨著碳材料的不斷發(fā)展，憑借著自身特有的性質(zhì)已經(jīng)在能源、環(huán)境、高新技逡逑術(shù)產(chǎn)業(yè)等得到廣泛的應(yīng)用，并且朝著越來越環(huán)保和人性化的方向發(fā)展。以下主要逡逑介紹兩種新型碳材料碳量子點和石墨烯。逡逑ｉ－１－ｉ碳量子點逡逑在眾多碳納米材料中，碳量子點因具有特殊的熒光性而備受矚目，其首次被逡逑Ｘｕ等［８］人使用電弧放電法制備碳納米管時發(fā)現(xiàn)，元素分析顯示其碳含量為逡逑５３．９３％、氮含量為１．２０％、氫含量為２．５６％、氧含量４０．３３％。從定義上講，碳量逡逑子點是一個廣義的概念，總結(jié)為懸浮于溶劑中的直徑尺寸上小于１０ｎｍ的碳納米逡逑材料，簡稱為碳點（ＣＱＤｓ）。碳點不僅具有熒光性能，還表現(xiàn)出良好的生物兼容逡逑性、無毒性、易修飾性和易功能化等優(yōu)點

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【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2773005