论文总字数：31342字

摘 要

石墨烯纸，是一种拥有多层结构的二维石墨烯材料，具有良好的自支撑性能和导电性，在作为超级电容器的电极材料时，不再需要添加粘结剂和导电剂，是当今的超级电容器的电极材料的研究热点。

本论文首先利用化学还原法制备了多种尺寸（1.3x1.3mm²~10x10cm²）的石墨烯纸,通过SEM、XRD、拉曼光谱等对其微观结构进行了表征,并且将其作为超级电容器电极活性材料进行电化学性能测试分析。利用氢碘酸以及抗坏血酸钠作为还原剂还原氧化石墨烯纸获得石墨烯纸，实验结果表明：所制得的石墨烯纸中石墨烯片层之间堆叠紧密且具有较高的还原程度和优异的力学性能。将石墨烯纸作为活性物质装配成超级电容器进行电化学性能测试分析,在较低扫速和充放电电流下,石墨烯纸表现出了良好的电容性能,在有机电解液中测得当扫描速度为2mv/s时，比电容为104F g^-1，随着扫描速度的上升时,电容出现明显衰减,扫描速度上升到20mv/s时比电容衰减到31F g^-1。充放电实验的结果表明，在4000次循环后，依然能保持86%的电容，展示出较好的稳定性。

关键词：氧化还原石墨烯纸，超级电容器，比电容

Abstract

Graphene paper, is a two-dimensional graphene material has a multilayer structure, with good self-supporting properties and electrical conductivity, as an electrode material in supercapacitors, no longer need to add a binder and a conductive agent, is today hotspot electrode material of super capacitor.

In this thesis, variety of sizes (1.3X.3mm² ~ 10X0cm²) graphene paper were prepared by chemical reduction and characterized by SEM, XRD, Raman spectroscopy its microstructure, and as a supercapacitor electrochemical tests analyzed the electrode active material. Hydroiodic acid and sodium ascorbate are used as a reducing agent to obtain graphene paper.The experimental results showed that: a stack compact and has a high degree of reduction and excellent prepared between graphene paper graphene papers mechanical properties. The graphene paper as the active material assembled into electrochemical supercapacitor performance test analysis, at a lower scan rate and charge-discharge current, graphene paper showed excellent capacitance performance, as measured in the organic electrolyte proper scanning speed 2mv/s, the ratio of the capacitance of 104Fg^-1, with the rising of the scanning speed, capacitance significant attenuation, the scanning speed increased to 20mv/s when the ratio of the capacitor to decay to 31F g^-1. Charge-discharge test results show that after 4000 cycles, is still able to maintain 86% of the capacitance, showing good stability.

Key word: Redox graphene, supercapacitor, Capacitance

目录

摘要 1

Abstract 2

第1章. 绪论 5

1.1. 引言 5

1.2. 石墨稀简介 5

1.2.1. 石墨烯的理化特征 6

1.2.2. 石墨烯的制备 7

1.2.3. 石墨烯的应用 9

1.3. 超级电容器简介 11

1.3.1. 引言 11

1.3.2. 超级电容器的工作原理 12

1.3.3. 超级电容器的特点 14

1.4. 石墨燃纸的超级电容储能特性研究现状 15

1.5. 本论文研究内容 18

第2章. 实验材料及方法 20

2.1. 实验材料 20

2.2. 实验设备 20

2.3. 材料表征的方法 21

2.3.1. 电子扫描显微镜 21

2.3.2. X射线衍射 21

2.3.3. 拉曼光谱分析 21

2.3.4. 傅里叶转换红外光谱分析 21

2.4. 电化学性能表征 21

2.4.1. 循环伏安法 21

2.4.2. 恒电流充放电法 22

第3章. 石墨烯纸的制备及其超级电容储能性能研究 23

3.1. 前言 23

3.2. 实验部分 23

3.2.1. 氧化石墨烯的制备 23

3.2.2. 氧化石墨烯纸的制备 24

3.2.3. 石墨烯纸的制备 24

3.3. 石墨烯纸的表征 24

3.3.1. 石墨烯纸的形貌表征 24

3.3.2. X射线衍射（XRD）分析 25

3.3.3. Raman光谱分析 28

3.3.4. 傅里叶转换红外线光谱（FTIR）分析 31

3.4. 石墨烯纸的超级电容器储能性能分析 32

3.4.1. 循环伏安（CV）测试分析 32

3.4.2. 充放电曲线分析 34

3.5. 本章小结 34

第4章. 总结与展望 35

4.1. 总结 35

4.2. 展望 35

参考文献： 36

致谢 41

绪论

引言

自2004年石墨烯被发现至今，因为其优异的力学、热学、光学以及电学性能，已经对物理、化学、材料等诸多学科产生了深远的影响，并被广泛的应用于纳米电子器件、复合材料、能量储存、传感器以及生物医学等诸多领域，展示出了巨大的潜能在应用前景。

石墨稀简介

石墨稀(Graphene)是一种由碳原子组成呈蜂巢晶格状的六角型的二维平面纳米材料,由曼彻斯特大学的诺沃肖洛夫(Novoselov. K.) 和海姆(Geim. A.)首次从石墨中分离发现^[1]。石墨烯还可以看作为其他各种维度的碳材料的基本组成单位。石墨稀可以包覆形成零维的富勒稀,可以卷曲成一维的纳米碳管或堆积成三维的石墨^[2]。

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