本文關(guān)鍵詞：摻雜雜原子石墨烯在電化學中的應(yīng)用

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【摘要】：石墨烯因其大的比表面積和優(yōu)異的電化學性能,被視為是一種理想的電極材料用于燃料電池和超級電容器中。但是純單層的石墨烯在制備和使用的過程中很容易的發(fā)生重堆疊的現(xiàn)象,導致其表面積的減小,進而影響石墨烯的電化學性能。在純石墨烯完美的六邊形碳中摻入雜原子可以阻止石墨烯的重堆疊、在基面產(chǎn)生缺陷、產(chǎn)生能帶隙以及加快電荷的傳輸速率,進而提高其電化學的性能。到目前為止,摻入一元或者共摻二元雜原子的石墨烯材料用于燃料電池和超級電容器是研究最廣泛的。然而,三元摻雜雜原子的石墨烯材料用于燃料電池和超級電容器很少有相關(guān)的文獻報道。本論文主要采用了簡單的兩步合成方法制備出了三元摻雜硼/氮/磷的石墨烯氣凝膠,并對摻雜硼/氮/磷的石墨烯氣凝膠材料進行一系列的表征分析以及在不同電化學中的性能測試。具體的研究內(nèi)容如下：(1)以氧化石墨烯和磷酸硼為原料,通過水熱和冷凍干燥的方法制備出共摻硼/磷的石墨烯氣凝膠。將得到的共摻硼/磷石墨烯氣凝膠分別置于氮氣和氨氣的氣氛中高溫熱解獲得共摻硼/氮/磷石墨烯氣凝膠。通過改變熱解溫度和時間獲得不同條件下的材料。(2)將制備的三元摻硼/氮/磷石墨烯氣凝膠(BNPGA-1000-15)材料組裝成燃料電池中的氧還原反應(yīng)及超級電容器的測試電極,測試了材料的氧還原性能和電容器性能。BNPGA-1000-15材料在氧氣飽和的01 molL-1KOH溶液中的氧還原起始電位值(-0.06 V)僅比商業(yè)Pt/C(-0.05 V)低0.01 V,高于其它材料的起始電位值。此外,BNPGA-1000-15在氧氣飽和的0.1 molL-1KOH溶液中的極限電流密度值為-46 mAcm-2,電子轉(zhuǎn)移數(shù)為3.8,經(jīng)過20000s的連續(xù)不斷測試后相對電流保留值為88.3%。將BNPGA-1000-15材料用于超級電容器時,在6 molL-1KOH溶液和1Ag-1電流密度的條件下,比電容值為140F g-1。經(jīng)過2000次循環(huán)后的比容量值為133.2 Fg-1,比容量的保持率為95.1%。
【關(guān)鍵詞】：雜原子 石墨烯 氧還原反應(yīng) 超級電容器
【學位授予單位】：上海應(yīng)用技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TM53
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-26
• 1.1 引言9
• 1.2 石墨烯的簡介9-15
• 1.2.1 石墨烯的發(fā)現(xiàn)9-10
• 1.2.2 石墨烯的結(jié)構(gòu)10-11
• 1.2.3 石墨烯的性質(zhì)11
• 1.2.4 石墨烯的應(yīng)用11-13
• 1.2.5 石墨烯的制備13-15
• 1.3 摻雜雜原子石墨烯15-25
• 1.3.1 摻雜雜原子石墨烯的制備方法16-18
• 1.3.2 摻雜雜原子石墨烯在氧還原反應(yīng)(ORR)和超級電容器(SCs)中的應(yīng)用18-25
• 1.4 論文的研究意義、內(nèi)容及創(chuàng)新點25-26
• 1.4.1 研究意義25
• 1.4.2 研究內(nèi)容25
• 1.4.3 本論文創(chuàng)新點25-26
• 第二章 實驗部分26-32
• 2.1 實驗試劑與儀器26-27
• 2.2 材料結(jié)構(gòu)和組成的表征方法27-28
• 2.2.1 掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)分析27
• 2.2.2 透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy,TEM)分析27
• 2.2.3 N_2吸附-脫附(Nitrogen adsorption/desorption)分析27-28
• 2.2.4 X射線光電子能譜(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)分析28
• 2.2.5 X射線衍射(X-Ray Diffraction,XRD)分析28
• 2.2.6 拉曼光譜(Raman Spectrometer)分析28
• 2.3 材料電化學性能的表征方法28-32
• 2.3.1 氧還原反應(yīng)(Oxygen Reduction Reaction)催化劑的制備和性能表征28-30
• 2.3.2 超級電容器(Supercapacitor)的制備和性能表征30-32
• 第三章 摻雜雜原子石墨烯在氧還原反應(yīng)(Oxygen Reduction Reaction)中的應(yīng)用32-52
• 3.1 引言32
• 3.2 二元摻雜硼/氮/磷石墨烯氣凝膠的制備32-34
• 3.2.1 氧化石墨烯的制備32-33
• 3.2.2 三元摻雜硼/氮/磷石墨烯氣凝膠的制備33-34
• 3.3 三元摻雜硼/氮/磷石墨烯氣凝膠的結(jié)構(gòu)和組成表征34-41
• 3.3.1 掃描和透射電鏡測試分析34-35
• 3.3.2 N_2吸附-脫附測試分析35-37
• 3.3.3 X射線光電子能譜測試分析37-40
• 3.3.4 X射線衍射測試分析40
• 3.3.5 拉曼測試分析40-41
• 3.4 三元摻雜硼/氮/磷石墨烯氣凝膠的氧還原性能表征41-51
• 3.4.1 循環(huán)伏安測試分析41-43
• 3.4.2 線性伏安掃描測試分析43-50
• 3.4.3 計時電流和耐甲醇性測試分析50-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 第四章 三元摻雜雜原子石墨烯在超級電容器(Supercapacitor)中的應(yīng)用52-59
• 4.1 引言52
• 4.2 三元摻雜硼/氮/磷石墨烯氣凝膠的制備52
• 4.3 三元摻雜硼/氮/磷石墨烯氣凝膠的結(jié)構(gòu)和組成表征52
• 4.4 三元摻雜硼/氮/磷石墨烯氣凝膠的在超級電容器中的性能表征52-57
• 4.4.1 循環(huán)伏安測試分析52-53
• 4.4.2 恒電流充放電測試分析53-55
• 4.4.3 電化學阻抗譜測試分析55-57
• 4.4.4 循環(huán)穩(wěn)定性測試分析57
• 4.5 本章小結(jié)57-59
• 第五章 總結(jié)與展望59-60
• 5.1 總結(jié)59
• 5.2 展望59-60
• 參考文獻60-70
• 致謝70-71
• 攻讀學位期間所開展的科研項目和發(fā)表的學術(shù)論文71

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本文編號：1117530