石墨烯基复合材料的合成及相关电化学性能研究

【摘要】随着石墨烯的发现到应用，科研者们研究发现：理论上具有多种优秀性能的石墨烯材料在现实中的应用并不是那么得心应手，而复合材料往往能发挥两种甚至多种材料的共性，实现复合的协同效应。本文利用石墨烯较大比表面积和良好的电子传输能力，制备石墨烯及其复合材料并研究了其相关电化学性能。为此本文的主要内容包括以下几个方面：(1)以氧化石墨烯为前驱物，中强型还原剂硫代硫酸钠和水热过程的双重还原制备了石墨烯（RGO）材料。采用AFM、XRD、SEM、FT-IR技术对过程中的产品进行了分析和对制备的材料进行了电化学性能测试，并将材料制备成修饰电极。研究比较了裸玻碳电极和RGO修饰玻碳电极对愈创木酚的电化学行为。研究发现RGO修饰电极能大幅度增强愈创木酚的电化学氧化峰，明显高于裸玻碳电极。在优化条件下，RGO修饰电极可以实现对愈创木酚的电化学测定，线性范围为5×10-7~5×10-4mol/L,检出限为2.0×10-7mol/L。成功的实现对鲜竹沥样品中愈创木酚的测定，发现回收率为98.9%~105.8%。(2)以乙醇为溶剂，氧化石墨烯为前驱物通过一步溶剂热法制备了均一的石墨烯包裹WO3纳米线（WO3/RGO）复合材料。采用XRD、SEM、FT-IR对过程中的产品进行了分析，并将材料制备成修饰电极。研究比较了纯WO3纳米线修饰玻碳电极、石墨烯修饰玻碳电极、裸玻碳电极和WO3/RGO复合材料修饰玻碳电极对和厚朴酚的电化学行为。研究发现WO3/RGO复合材料修饰电极能大幅度增强和厚朴酚的电化学响应，明显高于其它电极。在优化条件下，WO3/RGO复合材料修饰电极可以实现对和厚朴酚的电化学测定，线性范围为1×10-8~2×10-5mol/L。检出限为8.0×10-9mol/L。对模拟水样中的和厚朴酚进行了回收率测定，发现平均回收率为103%。(3)以带正电Fe(OH)3胶体溶液与带负电GO胶体溶液为原料，通过静电自组装形成氧化石墨烯Fe(OH)3复合物，然后通过水热过程制备了Fe2O3/石墨烯复合材料。采用XRD、SEM、FT-IR和TGA对产品进行了分析，并将材料制备成修饰电极。研究比较了Fe2O3纳米颗粒修饰玻碳电极、石墨烯修饰玻碳电极、裸玻碳电极和Fe2O3/石墨烯复合材料修饰玻碳电极对芦丁的电化学行为。研究发现Fe2O3/石墨烯复合材料修饰电极能大幅度增强芦丁的电化学响应，明显高于其它电极。在优化条件下，Fe2O3/石墨烯复合材料修饰电极可以实现对芦丁的电化学测定，线性范围为1.5×10-8~1.8×10-5mol/L。检出限为9.8×10-9mol/L。对模样中的芦丁进行了回收率测定，发现平均回收率为99.5%。(4)以硫代硫酸钠为还原剂和硫源，以氧化石墨烯为基底通过一步水热法制备了CoS2/RGO复合材料。采用XRD、SEM、FT-IR、TGA技术对过程中的产品进行了分析和对制备的材料进行了电化学性能测试。研究比较了单一石墨烯材料、CoS2纳米材料和CoS2/RGO复合材料超级电容性能。电化学测试表明：CoS2/RGO复合材料的比电容要高于单一的石墨烯和CoS2材料，且具有相当好的循环稳定性能，循环1000次之后电容保持率高达97.28%。表现出良好的储能性能和循环稳定性，可以作为电容器材料。(5)以热剥离石墨烯为基底，通过一步水热法制备了CoOOH/MnO2/石墨烯复合材料。采用XRD、SEM、FT-IR、TGA等技术对产品进行了分析和电化学性能测试。SEM可以看到，随着CoOOH/MnO2纳米颗粒的增多石墨烯片上沉积的颗粒明显增多。纳米颗粒越多，团聚就会更加严重，从而会影响材料的比表面积，进而影响电化学性能。石墨烯含量为65%时，比电容量最大高达509.00F/g。研究还发现复合材料具有相当好的循环稳定性能，循环1000次之后电容保持率高达84.45%，同样高于63.95%单一的CoOOH/MnO2纳米材料。充分说明该复合材料可以作为电容器材料。
【作者】黄猛；
【导师】胡卫兵；
【作者基本信息】湖北民族学院，化学工程与技术，2014，硕士
【关键词】石墨烯；复合材料；电分析；超级电容器；

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