石墨烯/金属氧化物复合材料的制备及电化学性能研究

【摘要】：近年来,随着石墨烯储能性质及储能器件的研究的深入,石墨烯已经被广泛认为是一种解决现有能源和环境问题的重要储能材料。石墨烯具有大的比表面积和良好的导电性,是一种理想的超级电容器电极材料,但是在实际应用中,石墨烯片层的的堆积使得形成双电层的有效面积减小,导致现有石墨烯基超级电容器的能量密度较低。为了进一步提高石墨烯基电极材料的能量密度,石墨烯/聚合物和石墨烯/氧化物复合材料相继出现。石墨烯基复合材料在发挥石墨烯材料的特有性质的同时,通过引入其他材料实现对石墨烯基材料的功能化,既可以扩大石墨烯材料的应用领域又可克服传统材料的缺点,因此石墨烯基复合材料在光学、电学、催化剂、储能等领域也都有很好应用前景。在本文中,我们发展了一种普适的共沉淀法制备石墨烯/金属氧化物复合材料,并对复合材料的电化学性质进行了研究。首先采用特定的表面活性剂在超声条件下将石墨烯分散得到石墨烯的分散液,然后加入金属盐溶液,并继续超声,混合均匀的石墨烯/金属盐分散液。在边超声边搅拌的条件下缓慢滴加氨水,反应生成沉淀并吸附在石墨烯片层上。最后进行洗涤、烘干和煅烧,得到石墨烯/金属氧化物复合材料。以石墨烯/氧化镍复合材料为例,氧化镍颗粒均匀排列在单层石墨烯表面上(制备条件不同,所得到氧化镍的尺寸也不同);这种材料具有良好的电化学性能,在100 mA/g的扫速下,其电容值可以达到160 F/g,且循环性能良好。图1(a)为石墨烯/氧化镍复合材料的SEM图,可以清楚地看到氧化镍颗粒均匀分布在石墨烯表面。