氧化石墨烯修饰碳毡作为钒电池正极材料的电化学性能
石墨烯氧化物及其复合材料的电化学性能研究
石墨烯氧化物及其复合材料的电化学性能研究石墨烯氧化物（GO）及其复合材料是当前研究的热点之一。
不仅因为其独特的化学结构和物理性质，而且由于其良好的电化学性能，被广泛用于能源、电池、催化等领域。
本文介绍石墨烯氧化物及其复合材料的电化学性能研究。
石墨烯氧化物的制备方法石墨烯氧化物是石墨烯在氧化剂作用下形成的化合物，具有独特的层状结构和氧化官能团。
制备方法通常有两种：Hummers氧化法和Brodie氧化法。
Hummers氧化法是最常用的制备方法，主要通过亚硝酸盐、硫酸、氧化剂等化学物质将天然石墨烯氧化，并加热水解得到GO粉末。
Brodie氧化法则利用硝酸和硫酸的混合物对石墨进行氧化，最终得到GO。
两种方法制备出来的GO，具有不同的物理和化学性质，这也决定了它们在电化学性能研究中的应用差异。
石墨烯氧化物的电化学性能GO具有良好的电解质吸附性能，高比表面积和可调控的官能团，因此在电化学领域具有很大的应用潜力。
它的电化学性质主要通过循环伏安法、电化学阻抗谱和恒电流充放电等方法进行研究。
循环伏安法是最常用的研究电化学性能的方法之一，主要用来研究材料的电化学反应动力学、催化效应和极化行为等。
通过这种方法可以获得材料的电化学活性表面积和电容值等参数。
GO的循环伏安曲线表现出了两个氧化还原峰，其中第二个峰与还原GO成石墨烯的过程有关。
因此，通过循环伏安法可以研究GO的氧化还原反应。
电化学阻抗谱（EIS）可用来表征材料的电化学性质。
通过该方法可以研究材料表面的电荷传递和质量传输过程。
GO的电化学阻抗谱通常表现出半圆形的交流阻抗和一段斜率较小的直线区域，分别代表材料表面的电荷传递和质量传输。
因此，该方法可用来研究GO的电荷传递和质量传输率等参数。
恒电流充放电法主要用于荷电材料的储能性能研究。
GO能够被用作超级电容器的电极材料，其储能性能主要通过该方法进行研究。
该方法可以获得GO的比电容、能量密度和功率密度等参数。
石墨烯氧化物复合材料的电化学性能GO的电化学性能可以进一步提高，通过与其他材料的复合获得性能协同效应。
全钒液流电池电极研究进展
全钒液流电池电极研究进展苏秀丽;杨霖霖;周禹;林友斌;余姝媛【摘要】本文介绍了钒液流电池电极材料的研究现状.详细介绍了电极种类、电极材料的改性途径、改性效果,并对电极的老化机制进行了分析.全钒液流电池(VFB)电极材料改性的方法主要包括增加电极催化活性和增大电极电化学反应面积两种方式.通过对电极进行热处理、酸处理,可以改变电极表面结构,提高电极催化活性,从而提高电极反应可逆性.通过在电极表面生长碳纳米管或者负载石墨烯、氧化铱等而制备的复合电极材料,以及采用天然废弃物制备的多孔碳电极,可以达到同时提高电极表面催化活性和增大电极电化学反应面积的效果.还可以通过制备电极和双极板复合一体化电极,降低电池的接触电阻,减小电池极化.而电极的化学降解及电化学降解对于电极的寿命会产生影响,而且对电池负极的影响比正极更加明显.最后,总结了VFB电极材料的现状并展望了未来研究发展的方向.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2019(008)001【总页数】10页(P65-74)【关键词】全钒液流电池;储能;电极材料;石墨毡【作者】苏秀丽;杨霖霖;周禹;林友斌;余姝媛【作者单位】上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070【正文语种】中文【中图分类】TK02全钒液流电池（VFB）作为大型电化学储能技术，自问世以来，在可再生能源发电领域备受关注[1-4]。
将储能技术应用于可再生能源发电，可有效解决再生能源发电存在的间歇性和并网困难等问题。
全钒液流电池采用水系电解液，因此表现出优越的安全性[5]，而且正负极之间也不存在元素的交叉污染[6]。
全钒液流电池的循环寿命高达10000次以上，其使用寿命不低于10年[7]。
石墨烯修饰电极的电化学性能
锦生炭素石墨烯修饰电极的电化学性能石墨烯(Graphene)是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料,是构建零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨等其他碳质材料的基本单元,具有许多优异而独特的物理、化学和机械性能,在微纳电子器件、光电子器件、新型复合材料以及传感材料等方面有着广泛的应用前景,基于石墨烯的相关研究也成为目前电化学领域的热点研究领域之一。
本论文围绕石墨烯的不同修饰电极条件,结合电化学基础研究,开展了石墨烯及其相关的电化学性能研究。
具体内容归纳如下:(1)将石墨烯与具有良好导电性能的聚苯胺(PANI)复合,研究了石墨烯/聚苯胺复合物修饰电极的电化学性能。
利用石墨烯与聚苯胺之间电子给体与电子受体的相互作用,实现了聚苯胺在中性甚至强碱性溶液中的电化学活性,并利用红外光谱、拉曼光谱和紫外光谱进行了可能的机理探讨。
石墨烯/聚苯胺复合物材料在中性溶液里的电化学活性,在生物传感领域具有可能的应用空间;同时,在不同pH 溶液里的电化学活性也为石墨烯/聚苯胺复合物材料在pH传感中提供了可能的应用空间。
(2)将石墨烯与具有电绝缘性能的凡士林混合,研究了石墨烯/凡士林膜电极的电化学性能。
循环伏安测试表明:采用10.0 mg/mL、5.0 mg/mL和1.0 mg/mL的石墨烯/凡士林修饰电极可以依次得到常规尺寸电极、亚微尺寸电极和微尺寸的纳米电极阵列,并且通过简单混合所制备的石墨烯/凡士林膜电极具有良好的电化学活性和稳定性。
作为新型碳材料的膜电极,石墨烯/凡士林膜电极在基础电化学研究和应用中具有一定的潜在价值。
(3)将石墨烯组装在具有完全电绝缘性能的硫醇自组装膜电极上,研究了石墨烯/硫醇自组装膜电极的电化学性能。
交流阻抗数据表明,随着组装时间的增加,石墨烯/硫醇自组装膜电极的电化学阻抗逐渐降低,表明石墨烯在硫醇自组装膜上是一个可控的组装过程。
循环伏安测试还表明,石墨烯的组装时间是120 min和5 min时,可以分别得到常规尺寸和微尺寸纳米电极阵列的石墨烯/硫醇自组装膜电极,而且对抗坏血酸、多巴胺、尿酸具有较好的电催化活性。
氧化石墨烯的制备及电性能研究
氧化石墨烯的制备及电性能研究1. 概述氧化石墨烯是一种有机功能材料，具有优良的电性能和化学稳定性，可用于超级电容器、锂离子电池等领域。
本文将介绍氧化石墨烯的制备方法和电性能研究进展。
2. 氧化石墨烯的制备氧化石墨烯的制备方法有化学氧化法、热氧化法等。
其中化学氧化法是最常用的方法。
化学氧化法的原理是通过强氧化剂来氧化石墨烯表面的碳原子，形成氧化石墨烯。
一般选用的氧化剂有硝酸、硫酸、过氧化氢等。
以硝酸为例，其反应式为：C + 6HNO3 → C(NO2)2 + 2CO2 + 4H2O + 2NO2C(NO2)2 + 3HNO3 → 2CO2 + 4NO2 + 3H2O制备过程中需要先将石墨烯与氧化剂混合，然后在温度和时间的控制下进行反应。
反应过程中还需加入还原剂如羟胺等，以消除氧化剂的副反应。
3. 氧化石墨烯的电性能研究氧化石墨烯的电性能主要包括电导率、电容等，其性质由制备方法和结构决定。
3.1 电导率氧化石墨烯的电导率较低，但可以通过还原反应得到还原石墨烯，使其电导率增强。
还原反应一般采用高温还原法、化学还原法等。
以化学还原法为例，需要引入还原剂如氢气、氢化钠等，反应式为：nCO + nH2 → CnH2n + nH2O还原后的石墨烯电导率可达到金属的水平，可作为导电性能优良的电极材料。
3.2 电容氧化石墨烯的电容主要包括电化学电容和双层电容。
电化学电容指的是在电解液中利用氧化石墨烯表面的官能团和电离液体之间的相互作用来存储电荷的现象，该电容的特点是容量大、充放电速度快、循环寿命长。
双层电容指的是在氧化石墨烯表面形成一个双层电位差，使其具有储能的能力，该电容的特点是充放电速率快、能量密度高。
4. 应用前景氧化石墨烯具有优良的电性能和化学稳定性，可用于多种领域。
在电池领域，氧化石墨烯的导电性能可提高锂离子电池的性能；在超级电容器领域，氧化石墨烯的电容可使超级电容器具有高能量密度；在传感器领域，氧化石墨烯能够通过改变电性能来感知环境变化；在生物医学领域，氧化石墨烯可用作药物载体或医用材料。
氧化石墨烯在电化学储能中的应用探究
氧化石墨烯在电化学储能中的应用探究氧化石墨烯（Graphene Oxide）是一种新型的二维材料，具有优异的导电性、导热性、机械性能和化学活性。
因此，氧化石墨烯在电化学领域中具有广泛的应用前景。
一、氧化石墨烯在电容器中的应用氧化石墨烯作为一种高比表面积的材料，具有优异的电化学储能性能。
因此，氧化石墨烯被广泛应用于电容器的制备中。
氧化石墨烯电容器可以分为两类：超级电容器和电解电容器。
1.超级电容器超级电容器（Supercapacitor）是一种具有高功率密度和长寿命的电化学储能器件，可用于电动汽车、储能系统等领域。
氧化石墨烯作为电极材料，可以有效提高超级电容器的性能。
研究表明，将氧化石墨烯与其他材料复合制备电极可以显著提高超级电容器的性能。
例如，将氧化石墨烯和多壁碳纳米管进行复合，制备出的电极具有较高的电容和较低的内阻，可用于高功率电子器件和储能系统中。
此外，氧化石墨烯的导电性和化学活性可以为电容器带来更多的应用领域。
例如，将氧化石墨烯与锰氧化物制备的电极材料可用于无线充电、生物传感器等领域。
2.电解电容器除了超级电容器之外，氧化石墨烯还被广泛应用于电解电容器（Electrolytic capacitor）的制备中。
电解电容器又分为有机电解电容器和无机电解电容器。
有机电解电容器是一种具有很高电容值和超高瞬态功率的电容器。
将氧化石墨烯作为电解电容器的电极材料，可以提高其电容值和内阻，同时保持其超高瞬态功率性能。
无机电解电容器是一种高电压、大电容的电容器。
研究表明，将氧化石墨烯与氧化铝进行复合，可以显著提高电解电容器的电容值和电化学稳定性。
二、氧化石墨烯在电池中的应用氧化石墨烯作为一种优异的材料，被广泛应用于电池的研制中。
1.锂离子电池锂离子电池是一种高性能、长寿命的电池，可用于移动电子设备、电动汽车等领域。
氧化石墨烯作为电极材料，可以显著提高锂离子电池的性能。
研究表明，将氧化石墨烯与硅、碳纳米管等材料进行复合，可以获得高比能量、高功率密度的锂离子电池。
NiO改性石墨毡的钒电池正极材料性能表征
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ＧＦ． Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ １００ ｃｈａｒｇｅ⁃
ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｙｃｌｅｓ， ｂｏｔｈ ＶＥ ａｎｄ ＥＥ ｏｆ ＮｉＯ ／ ＧＦ ｗｅｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ａｂｏｕｔ ５ ７％ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｔｏ ＧＦ， ａｎｄ ｔｈｅ
ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ
（ ＳＥＭ） ， Ｘ⁃ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ， ａｎｄ Ｘ⁃ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒ （ ＸＲＤ） ． Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅｓ
ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｃｙｃｌｉｃ ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ （ ＣＶ） ｔｅｓｔ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ （ ＥＩＳ） ．
Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ＮｉＯ ｎａｎｏ ｆｌａｋｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｅｒｅ ｕｎｉｆｏｒｍｌｙ ａｔｔａｃｈｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｆｅｌｔ， ｗｉｔｈ
ＸＩＡＯ Ｑｉｎｈａｏ， ＷＡＮＧ Ｌｅｉ， ＪＩＮＧ Ｗｅｎｈｅｎｇ
（ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ⁃Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
Ｎａｎｊｉｎｇ Ｔｅｃｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１８００， Ｃｈｉｎａ）
氧化石墨烯修饰碳纤维正极改进海水电池电压
在海洋仪器尤其是水下航行器等仪器的供能方面，海水 电池拥有着其他电池无可比拟的优势。海水电池以海水作为 电解液，无需携带电解液，则无需配备储存及控制电解液的装 置，电池更轻便，直接提高了单位能量密度，结构上便具有天 然的优势；其次，其他电池在水下工作时需要考虑电解液密封 及电池本身抗压性的问题，对电池结构材料拥有极高的要求， 而开放体系的海水电池则无此困扰，它可在不同深度的海洋
环境中工作而不会影响电池的放电性能[1]。 应用比较多的海水电池负极为金属铝或镁，海水电池有
铝 - 氧化银电池、镁 - 氯化银电池、镁 - 氯化亚铜电池、金属 空气电池、金属 - 过氧化氢电池，还有锂系列[2]等多种类型。镁 溶解氧半燃料电池可以看作一种特殊的金属 - 空气电池，碳材 料作阴极，利用海水中的溶解氧为氧化剂。但它本身存在一定 的缺陷，因为直接使用海水中的溶解氧，而海水中的溶解氧浓 度较低也不稳定，这就对电池的阴极材料提出了较高的要求， 为了保证一定的电流密度，阴极要求具有良好的传质性能、较 大的比表面积和较高的催化性能，目前比较好的阴极材料是 碳纤维[1-2]。
覫ISTEIN 等[3]在爱奥尼亚海将碳纤维制成刷状作为海水电 池的正极进行实海测试，碳纤维刷作为商业化的海水电池正极 材料的性能得到验证。Masanao Shinohara 等[4]利用 覫ISTEIN 设
研究与设计
氧化石墨烯修饰碳纤维正极改进海水电池电压
田国东 1,2，孙立娟 1,3， 孙虎元 1,3 (1.中国科学院 海洋研究所 海洋环境腐蚀与生物污损重点实验室，山东 青岛 266071；2.中国科学院大学，北京 100046；
3. 青岛海洋科学与技术试点国家实验室 海洋腐蚀与防护开放工作室，山东 青岛 266237)
保证电池拥有正常工作的电压；修饰后碳纤维与 AZ63 镁合金组成电池，无负载时电池电压最高达 1.56 V，恒阻放电时
氧化石墨烯的电化学性能研究
氧化石墨烯的电化学性能研究氧化石墨烯是一种石墨烯的氧化物，具有独特的电化学性能，对于储能与传感器等领域具有重要的应用前景。
本文将探讨氧化石墨烯的电化学性能研究，并对其应用进行讨论。
首先，氧化石墨烯具有很高的电子迁移率和导电性能。
由于石墨烯的单层结构和π共轭等特点，氧化石墨烯在氧化过程中保留了石墨烯的导电性质。
研究表明，氧化石墨烯的电子迁移率约为10000 cm^2V^(-1)s^(-1)，是其他碳基材料的十几到几百倍。
这使得氧化石墨烯在电子器件领域具有广阔的应用前景，如柔性显示器、有机太阳能电池等。
其次，氧化石墨烯具有良好的储能性能。
研究发现，氧化石墨烯具有较高的比表面积和丰富的官能团。
这些特点使得氧化石墨烯作为电容器电极材料具有较高的电容量和较低的内阻。
同时，氧化石墨烯还能够与锂等离子体发生化学反应，形成锂离子储能材料，具有较高的充放电容量和较长的循环寿命。
这使得氧化石墨烯在储能领域有着广泛的应用前景，如锂离子电池和超级电容器等。
此外，氧化石墨烯还具有优异的传感性能。
由于氧化石墨烯的大量官能团和高比表面积，它能够与许多分子发生作用，形成有效的传感器。
研究表明，氧化石墨烯可以用于检测气体、离子和生物分子等，并具有高灵敏度和高选择性。
例如，它可以用作生物传感器，用于检测DNA、蛋白质和细胞等生物分子，具有很高的应用潜力。
最后，虽然氧化石墨烯具有很多优异的电化学性能，但仍然存在一些挑战。
首先，氧化石墨烯的合成方法多样，但仍然面临着较高的成本和复杂的操作。
其次，氧化石墨烯的稳定性相对较差，容易在长时间使用中发生结构变化和降解。
此外，氧化石墨烯还面临制备大规模材料和与其他材料的界面相容性等问题。
综上所述，氧化石墨烯作为一种具有独特电化学性能的材料，对于储能与传感器等领域具有重要的应用前景。
然而，目前仍需要进一步的研究来解决其合成方法、稳定性和大规模制备等问题。
相信随着科学技术的不断发展，氧化石墨烯将在未来取得更多的突破，为我们的生活带来更多的便利。
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氧化石墨烯修饰碳毡作为钒电池正极材料的电化学性能井明华;范新庄;刘建国;严川伟【摘要】作为液流电池的关键电极材料,碳毡是钒离子电极反应发生的场所,但其有限的电催化活性及反应面积严重制约了钒电池性能的提高.考虑到氧化石墨烯具有丰富的含氧官能团和良好的亲水性,可以通过简单的物理吸附法将氧化石墨烯修饰于碳毡表面,并将其作为钒电池正极材料,考察它对正极反应活性及电池性能的影响.实验结果表明,氧化石墨烯的修饰能够明显改善碳毡电极的亲水性,进而使其电化学表面积得到很大提高.值得关注的是,电化学测试结果说明,尽管氧化石墨烯/碳毡复合电极对+2VO/VO2+的反应活性大幅增加,但其主要得益于电极有效反应面积的提高,而电催化活性的贡献则相当有限.此外,单电池测试结果表明,充放电电流密度越大,电池效率提高的越明显,这也说明了氧化石墨烯/碳毡复合电极具有良好的倍率性能.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2017(006)002【总页数】7页(P263-269)【关键词】氧化石墨烯;碳毡;电催化活性;电化学表面积;钒电池;正极反应【作者】井明华;范新庄;刘建国;严川伟【作者单位】中国科学院金属研究所,辽宁沈阳 110016;中国科学院金属研究所,辽宁沈阳 110016;中国科学院金属研究所,辽宁沈阳 110016;中国科学院金属研究所,辽宁沈阳 110016【正文语种】中文【中图分类】TM911随着能源危机与环境污染的日益加重，发展清洁高效的可再生能源逐渐成为近年来研究的热点[1]。
然而风能、太阳能等绿色能源具有不稳定、不连续等特性[2]，需与合适的规模储能技术联用才能实现电能的高效存储和稳定输出[3]。
全钒液流电池作为一种绿色的电化学储能器件，具有循环寿命长、环境友好、容量大，设计灵活、无交叉污染等优点，近年来受到越来越多的关注[4-5]。
作为钒电池的关键材料之一，电极是钒离子电极反应发生的场所，其结构和理化性质对于电活性物质的传递以及电化学反应动力学都有着重要影响。
因此，理想的钒电池电极材料需要具有良好的化学稳定性、高活性、高电导率、高比表面积以及优异的亲水性等特点。
在众多电极材料中，碳毡因具有低廉的价格、合适的孔结构、较高的导电性和化学稳定性而广泛应用于钒电池示范储能系统[6]。
然而，碳毡的亲水性较差，比表面相对于其它多孔碳材料也较低[7]，最关键的是其电化学活性不足，这些问题严重限制了钒电池性能的提高。
目前基于碳毡的改性方法主要有电化学处理[8]、热处理[9]、酸处理[10]、催化剂修饰[11-13]等，其目的主要是增大碳毡的比表面积及电催化活性。
尽管改性处理后碳毡的电化学性能得到了明显改善，但对于表面积及电催化活性在改善碳毡电化学性能的过程中所扮演的角色并没有进行充分的研究，这也导致难以对碳毡进行更有针对性的改性处理。
此外，上述多数改性方法较为繁琐，成本较高，且难以进行工程化放大。
因此深入研究碳毡的物理化学性质与其电化学行为的关系，进一步探明提高钒电池电极性能的关键因素，对于直接、有效地提高钒电池性能至关重要。
本工作以碳毡为基体，采用物理吸附法将具有丰富含氧官能团及良好亲水性的氧化石墨烯直接修饰在碳毡表面，成功制备出氧化石墨烯/碳毡复合电极（GO/CF）。
通过物理表征及电化学测试系统地考察了GO/CF作为钒电池正极材料的物理化学性质和电化学性能，并且揭示了GO/CF电极的电化学表面积和电催化活性对其性能的影响规律，从而为提高钒电池电极性能以及实现其工程化放大提供依据。
1.1 实验试剂及仪器实验中用到的主要材料有: 氧化石墨烯（GO，Hummers法制备）；聚丙烯腈基碳毡（PAN-CF）（江油润生石墨毡有限公司）；Nafion溶液（质量分数为5%，杜邦公司），使用时用无水乙醇将其稀释到0.02%；电化学实验中的电解液为0.1 mol/L的VOSO4＋2.0 mol/L的H2SO4；小电池充放电实验用电解液采用总钒浓度为1.7 mol/L（等物质的量的V3+和V4+）、硫酸浓度为3.0 mol/L的混合溶液。
实验中使用的主要仪器：扫描电镜SEM（FEI INSPECT-F）；透射电镜TEM（H-800，日本株式会社日立制造所）；接触角测试仪（JYPHb，承德金和仪器制造有限公司）；电化学工作站（Gamry Refence 600）；电池测试系统（CT-3008 5V 10A，Land CT2001A）；蠕动泵（BT100-1L，保定兰格恒流泵有限公司）。
1.2 实验方法1.2.1 GO/CF复合电极的制备GO 采用改良的Hummers法制备[14]。
主要步骤如下：冰浴条件下，向67.5 mL 的浓硫酸中加入2.0 g高纯石墨和1.6 g NaNO3，搅拌均匀后缓慢加入9.0 g的固体KMnO4。
而后于水浴中控制反应温度在32～38 ℃, 反应时间为30 min。
室温下放置5天后用560 mL的热水稀释，随即滴加30% 的H2O2还原剩余的高价锰离子，直至溶液变为亮黄色。
趁热离心洗涤（16000 r/min、10 min）至中性，产物置于真空干燥箱中干燥，备用。
将制备好的氧化石墨烯分散于0.02%的Nafion/乙醇溶液中，配制成2 mg/mL的分散液，然后将 5 cm×10 cm的碳毡浸泡于此分散液中至吸收完全，放入40 ℃的烘箱中烘干备用。
1.2.2 物理化学表征采用扫描电镜以及透射电镜考察了氧化石墨烯以及GO/CF复合电极的表面形态和结构特征；使用接触角测试仪对复合前后的碳毡的亲水性能进行了比较。
1.2.3 电化学性质表征采用电化学工作站和三电极体系研究了碳毡修饰氧化石墨烯前后的电化学行为。
碳毡为工作电极（0.385 cm2），饱和甘汞电极为参比电极，铂片为辅助电极。
复合前后电极的电化学表面积由小幅电位阶跃法测得，测试中将工作电极质量控制在15 mg，阶跃电位10 mV。
电极的电化学性质通过循环伏安（CV）和交流阻抗谱（EIS）进行考察。
电解质溶液均为0.1 mol/L VOSO4＋2.0 mol/L H2SO4溶液；CV测试扫速为5 mV/s；EIS频率是10-2～105 Hz，正弦交流信号的振幅为10 mV。
此外，分别采用CF和GO/CF为正极，CF为负极组装成单电池进行充放电测试，以考察GO/CF电极作为钒电池正极材料的电化学性能。
测试温度25～30 ℃，充放电截止电压分别为1.65 V 和0.75 V，电解液流速为40 mL/min。
2.1 SEM和TEM表征首先采用扫描电镜以及透射电镜考察了前文中制备的氧化石墨烯的形貌特征。
从图1(a)可以看出：GO为薄片状结构，大多以多层的石墨烯片存在，边缘呈现出较多的缺陷，且表面具有较多丝绸状的褶皱；图1(b)TEM照片中显示，GO具有较低的衬度和丰富的褶皱，尺寸从几百纳米到几十微米不等。
图1(c)和图1(d)为碳毡修饰GO前后的SEM照片。
与表面相对光滑的碳毡[图1(c)]不同，修饰GO后的碳毡表面分散着大大小小的氧化石墨烯片，而这些片状的GO由于自身含有丰富的含氧官能团、较多的缺陷以及较大的比表面积[15]，有望提高GO/CF复合电极的亲水性和比表面积，进而提升其电化学性能。
2.2 接触角测试为了验证GO对碳毡亲水性的影响，我们对修饰GO前后的碳毡进行了接触角测试，测试溶液为0.1 mol/L VOSO4＋2.0 mol/L H2SO4电解液。
图2为CF 和GO/CF与电解液的接触角图片。
如图2所示，修饰GO以后，电极与电解液的接触角由119.8°降低至75.3°，说明该复合电极具有更加优异的亲水性能，而电极材料的亲水性对电极的有效比表面有着至关重要的作用[16]。
因为良好的亲水性会使电解液与电极的接触更为充分，电解液更容易进入电极内部的微孔或介孔中，进而大幅提高其电化学表面积；而较大的电化学反应面积会在一定程度上降低电池的极化，从而提升电池性能。
2.3 电化学比表面积测试实际上，在电化学分析中用碳电极的物理面积来代替电极的实际反应面积是不恰当的。
因为碳电极，尤其是碳毡电极具有一定的疏水性，其物理表面并不能完全被电解液浸润，所以即便其具有较大的物理表面积，如果亲水性较差，其所能够提供的电化学反应面积也会很小。
小幅电位阶跃法可以用于计算电极材料的真实电化学活性面积（ECSA）[17]，但其测试的前提条件是要控制好电解液组成和电位范围，确保在测试过程中没有电化学反应发生，则此过程中的电流完全用于双电层充电。
图3为CF和GO/CF于0.1 mol/L VOSO4＋2.0 mol/L H2SO4溶液中的恒电位阶跃曲线，电压幅值10 mV。
由式(1)可以计算出相应电极的电化学比表面积SECSA[16]式中，SECSA为电化学比表面积，m2/g；i为响应电流，A；t为电流恒定不变时所对应的时间，s；m为电极质量，g；η为阶跃电压幅值，V。
由式(1)计算可得，CF的电化学比表面积约为4.93 m2/g，GO/CF的电化学比表面积约为60.3 m2/g。
可见，GO的引入使复合碳毡电极的活性表面积大大增加，其SECSA约为原毡的12倍。
主要原因有二：一方面，吸附在碳毡表面的GO自身能够直接提高复合电极的表面积；另一方面，复合电极较好的亲水性有利于电极表面的浸润，这对电化学表面积的提高具有重要意义。
2.4 CF及GO/CF的电化学活性测试2.4.1 CV测试CV测试对于考察电极材料的电化学活性有着非常重要的意义，它可以在一定程度上反映出电极对钒离子电对的电催化活性，电极反应的可逆性等[17]。
图4为CF 和GO/CF电极在0.1 mol/L VOSO4＋2.0 mol/L H2SO4溶液中的CV曲线。
如图4所示，/VO2+电对在CF和GO/CF上均出现近似对称的氧化还原峰，不同的是在GO/CF电极上具有更大的峰电流和更小的峰位差，表明GO/CF复合电极对钒电池正极反应具有更好的电化学活性。
这主要是由于GO/CF复合电极具有更大的电化学活性面积，更多的电化学活性位点，使其电化学反应电流增大，同时电化学极化也有所降低。
表1为/VO2+在CF和GO/CF电极上的CV电化学参数，对应于CF和GO/CF电极的Ipa/-Ipc的值分别为1.31和1.26，表明/VO2+在GO/CF电极上具有更好的可逆性，进一步说明了复合电极对于/VO2+的电催化活性也得到了一定程度的改善[18]。
2.4.2 EIS测试交流阻抗作为一种对电极表面几乎零破坏的测试手段，可以用来研究电极上的电化学反应过程[19]。
图5为/VO2+在CF和GO/CF电极上的电化学阻抗Nyquist图，极化电位为0.9 V。
如图所示，CF和GO/CF对应的Nyquist图均表现为两个压扁的半圆弧，可以将二者拟合为插图中所示的等效电路[20]。