三维石墨烯泡沫的制备及应用研究

中北大学学位论文

第一章绪论 (1)

1.1 石墨烯泡沫的制备 (1)

1.1.1 石墨烯概述 (1)

1.1.2 纯石墨烯泡沫的制备 (1)

1.1.3 石墨烯复合泡沫的制备 (3)

1.2 石墨烯泡沫在气体传感器方面的应用 (4)

1.2.1 气体传感器分类 (4)

1.2.2 石墨烯泡沫气体传感器工作原理 (4)

1.2.3石墨烯泡沫气体传感器研究现状 (5)

1.3 石墨烯泡沫在超级电容器方面的应用 (6)

1.3.1 超级电容器分类 (7)

1.3.2 石墨烯电极工作原理 (7)

1.3.3 石墨烯泡沫电极研究现状 (9)

1.4 本课题的主要研究内容 (10)

第二章纯石墨烯泡沫的制备与应用研究 (12)

2.1 引言 (12)

2.2 实验部分 (12)

2.2.1 实验原料 (12)

2.2.2 制备工艺 (13)

2.2.3 表征方法 (14)

2.2.4 气体检测测试方法 (15)

2.2.5 超级电容器测试方法 (16)

2.3 结果与讨论 (17)

2.3.1 制备工艺对纯石墨烯泡沫形貌结构的影响 (17)

2.3.2 纯石墨烯泡沫基本性能表征 (25)

2.3.3 纯石墨烯泡沫在气体检测方面的应用研究 (25)

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2.3.4 纯石墨烯泡沫在超级电容器方面的应用研究 (26)

2.4 本章小结 (27)

第三章石墨烯/镍泡沫的制备与应用研究 (29)

3.1 引言 (29)

3.2 实验部分 (29)

3.2.1 实验原料 (29)

3.2.2 制备工艺 (29)

3.2.3 表征方法 (30)

3.2.4 气体检测测试方法 (31)

3.2.5 超级电容器测试方法 (31)

3.3 结果与讨论 (31)

3.3.1 制备工艺对rGO/NF形貌结构的影响 (31)

3.3.2 rGO/NF 基本性能表征 (36)

3.3.3 rGO/NF在气体检测方面的应用研究 (37)

3.3.4 rGO/NF在超级电容器方面的应用研究 (39)

3.4 本章小结 (41)

第四章石墨烯/二氧化锰/镍泡沫的制备与应用研究 (42)

4.1 引言 (42)

4.2 实验部分 (42)

4.2.1 实验原料 (42)

4.2.2 制备工艺 (42)

4.2.3 表征方法 (43)

4.2.4 气体检测应用测试方法 (44)

4.2.5 超级电容器应用测试方法 (44)

4.3 结果与讨论 (44)

4.3.1 制备工艺对rGO/MnO2/NF形貌结构影响 (44)

4.3.2 rGO/MnO2/NF基本性能的测试 (51)

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4.3.3 rGO/MnO2/NF在气体检测方面的应用研究 (54)

4.3.4 rGO/MnO2/NF在超级电容器方面的应用研究 (60)

4.4 本章小结 (67)

第五章总结 (69)

5.1 本文主要工作与结论 (69)

5.2 本文创新之处 (70)

参考文献

附录攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢

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第一章绪论

1.1 石墨烯泡沫的制备

1.1.1 石墨烯概述

石墨烯是在2004年由Geim和Konstantin Novoselov采用一种简单的机械剥离法[1]得到的，通过用胶带反复粘贴剥离，首次制备出在空气中稳定存在的单层二维石墨烯。石墨烯可以看作是其它sp2杂化碳材料的结构基元，因此它可以卷曲成一维的碳纳米管结构、堆叠成三维的准石墨结构以及包裹成零维的富勒烯结构（图.1.1）[2]。石墨烯具有优异的物理性质，如理论比表面积高达2630 m2/g[3]，本征载流子迁移率为200000 cm2/V/s [3,4]，杨氏模量约为1.0 TPa[5]，热导率接近5000 W/m/K [6]。

图1.1 石墨烯：所有存在的石墨形态[7]

1.1.2 纯石墨烯泡沫的制备

虽然石墨烯具有优异的性能，但是石墨烯片层间易发生团聚和堆叠，这就降低了其有效面积，限制了石墨烯的应用潜能，为了克服此障碍三维（3D）石墨烯应运而生。它的制备方法主要分为两类：自组装法和模板法。

自组装法是指石墨烯片层主要通过范德华力、π-π相互作用、静电作用等非共价作