石墨烯水凝膠及鈷鎳（錳）層狀氫氧化物的制備與電化學性質的研究.pdf

1、超級電容器作為一種新型的儲能裝置具有功率高、循環壽命長和快速充放電等優點，在儲能領域是一種對電池的補充，所以有著廣泛的應用。傳統的超級電容器電極材料根據它們的儲荷原理不同主要分為兩種：碳基納米材料和贗電容材料。近年來，有儲能作用的材料都獲得了廣泛的研究和多領域的應用。石墨烯作為一種先進的碳材料是近年來多個領域的研究熱點，并且如何設計方法構筑三維的石墨烯結構受到了研究者的青睞，本研究的著眼點之一是提出新的制備石墨烯三維結構的方法。另外，類

2、電池材料近年來在超級電容器領域應用廣泛，所以一方面制備了鈷鎳雙氫氧化物微球，以探索其在混合儲能裝置中的應用價值；另一方面探索了三元金屬離子構成的氫氧化物的電化學性質，并進一步構筑了復合電極材料以改善其性能缺陷。
　　本研究主要內容包括：⑴在溫和的水熱條件下，通過使用葡萄糖和氨水體系還原氧化石墨(GO)溶液，得到具有三維(3D)交聯結構的石墨烯水凝膠(GH)。在這個反應過程中，GO納米片自組裝形成3D-GH，因為是在氨水環境下反應，

3、所以得到的GH有N元素摻雜。此外發現，和凝膠GH-1相比較，具有更高N摻雜含量的凝膠GH-2展現出了更加有序地交聯結構和更好的電化學性質。⑵通過一步溶劑熱法得到了三維的納米結構的鈷鎳雙氫氧化物(Co1-xNix LDHs)微球，在反應過程中，使用無水乙醇作為溶劑、尿素作為堿源。通過調節鈷和鎳離子的投料摩爾比，最后得到了具有最佳電化學性質的Co0.2Ni0.8 LDH，其在1 A g-1下具有855.4Cg-1的比容量，10Ag-1時仍然

4、能保持777.9 C g-1。此外，以Co0.2Ni0.8 LDH為正極，活性炭(AC)為負極，制備了混合儲能裝置Co0.2Ni0.8LDH//AC，其具有1.6V的工作電壓，并且展現出較高的能量密度和功率密度。⑶用原位生長法把鈷鎳錳混合層狀氫氧化物(CoNiMn-LHCs)直接生長在泡沫鎳基底上，通過調節鈷鎳錳離子的配比，得到了具有最高電容量的2-CoNiMn/NF，然而測試發現，在經過1000次循環之后，2-CoNiMn/NF的電容

5、衰減到其初始電容的30.4％。因此為了改善氫氧化物的循環性能，在此基礎上制備了兩類復合電極材料。一是把NF浸漬在3 mg mL-1的GO溶液中反應，通過水熱反應得到還原氧化石墨(RGO)膜包覆的NF，即RGO/NF；另外，我們構筑了Co3O4陣列生長在NF表面(Co3O4/NF)。最后，在RGO/NF和Co3O4/NF電極上用同樣的溶劑熱條件生長鈷鎳錳氫氧化物，得到了CoNiMn/RGO/NF和CoNiMn/Co3O4/NF復合電極材料