石墨烯、石墨烯碳纳米管的制备及其超级电容器性能研究
碳基电催化材料的制备及其催化性能研究
碳基电催化材料的制备及其催化性能研究一、引言在当今环境污染日益严重的背景下，寻找可替代传统石油能源的清洁能源具有重要意义。
碳基电催化材料因其良好的催化性能和可持续性而备受关注。
本文将介绍碳基电催化材料的制备方法，以及其在催化反应中的应用和性能研究。
二、碳基电催化材料的制备1. 石墨烯材料石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶体结构，具有优异的导电性和催化活性。
常见的石墨烯制备方法包括化学气相沉积、机械剥离和氧化石墨烯还原等。
通过控制制备条件和添加不同的催化剂，可以获得具有特定结构和性能的石墨烯材料，用于水分解、电解还原和电化学传感等催化反应。
2. 碳纳米管材料碳纳米管是由碳原子构成的空心管状结构，具有高比表面积和良好的电导性，被广泛应用于能源转化和储存领域。
碳纳米管的制备方法包括化学气相沉积、电化学沉积和碳原子纳米薄膜剥离等。
通过调控碳纳米管的结构和尺寸，可以改善其催化活性和选择性，实现高效能源转换。
三、碳基电催化材料的催化性能研究1. 氧还原反应氧还原反应是一种重要的催化反应，旨在高效利用氧气和提高能源转化效率。
碳基电催化材料作为氧还原反应的催化剂具有重要的应用前景。
石墨烯和碳纳米管等材料在氧还原反应中表现出优异的催化性能，显示出较高的电子转移速率和反应活性，可作为燃料电池和超级电容器等能源存储和转换器件的重要组成部分。
2. 水电解制氢反应水电解制氢是一种可持续性高的制氢方法，其关键在于寻找具有高催化活性和稳定性的催化剂。
碳基电催化材料由于其良好的导电性和化学稳定性，被广泛研究用于水分解反应。
通过调控碳基电催化材料的结构和表面官能团，可以提高其催化活性和稳定性，实现高效制氢过程。
3. 二氧化碳还原反应二氧化碳还原反应是将二氧化碳转化为高值化学品或燃料的过程，具有重要的环境和能源应用价值。
碳基电催化材料在二氧化碳还原反应中展示出了良好的活性和选择性。
通过调控碳基电催化材料的表面结构和催化剂负载方式，可以提高二氧化碳的还原效率，实现碳资源的有效转化和利用。
柔性超级电容器电极材料的设计、制备及性能研究
柔性超级电容器电极材料的设计、制备及性能研究一、本文概述随着能源需求的日益增长和环境保护的迫切需求，高效、环保的能源存储技术已成为全球科研和产业界的研究热点。
其中，超级电容器作为一种能够快速存储和释放大量电能的电子器件，具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等优点，被广泛应用于电动汽车、移动通信、航空航天等领域。
然而，传统的超级电容器电极材料往往存在柔韧性差、比容量低等问题，限制了其在可穿戴设备、柔性电子等领域的应用。
因此，研究和开发新型柔性超级电容器电极材料，对于推动超级电容器技术的进一步发展和拓宽其应用领域具有重要意义。
本文旨在探讨柔性超级电容器电极材料的设计、制备及性能研究。
我们将介绍柔性超级电容器的基本原理、分类及应用领域，阐述柔性电极材料的重要性。
我们将综述目前柔性超级电容器电极材料的研究进展，包括常见的电极材料类型、制备方法及其优缺点。
在此基础上，我们将提出一种新型的柔性超级电容器电极材料的设计思路，并详细介绍其制备过程、结构表征及电化学性能测试方法。
我们将对所制备的柔性电极材料进行系统的性能评估，包括其比容量、循环稳定性、倍率性能等，并探讨其在实际应用中的潜力。
通过本文的研究，我们期望能够为柔性超级电容器电极材料的设计和制备提供新的思路和方法，推动超级电容器技术的创新和发展，为未来的能源存储和转换领域做出贡献。
二、超级电容器基础知识超级电容器（Supercapacitor），也称为电化学电容器（Electrochemical Capacitor），是一种具有高能量密度和高功率密度的电子器件。
与传统的电容器和电池相比，超级电容器在储能和放电速度上都具有显著的优势。
其基础知识主要涉及电极材料、电解质、工作原理以及性能参数等方面。
电极材料：超级电容器的电极材料是其核心组成部分，直接影响其电化学性能。
常见的电极材料包括碳材料（如活性炭、碳纳米管、石墨烯等）、导电聚合物（如聚吡咯、聚苯胺等）以及金属氧化物（如氧化钌、氧化锰等）。
纳米金刚石、碳纳米管、石墨烯性能的第一原理研究
纳米金刚石、碳纳米管、石墨烯性能的第一原理研究纳米金刚石、碳纳米管、石墨烯是当今材料科学领域备受关注的研究热点。
这些材料具有独特的结构和特性，广泛应用于电子器件、能源储存、催化剂等领域。
本文将以第一原理计算的方法探究纳米金刚石、碳纳米管和石墨烯的特殊性能。
首先，我们来介绍纳米金刚石。
纳米金刚石是由碳原子通过化学气相沉积等方法制备而成的一种材料。
它具有极高的硬度和优异的导热性能。
通过第一原理计算，我们可以得到纳米金刚石的电子结构和声子谱。
研究发现，纳米金刚石比传统金刚石更加稳定，表面能也更低，这使得它在催化剂和传感器等领域有着广阔的应用前景。
接下来，我们转向碳纳米管。
碳纳米管是由石墨烯卷曲而成的一维结构材料。
它具有良好的导电性、导热性和力学性能。
在第一原理计算中，我们可以研究碳纳米管的带隙和能带结构，揭示其导电性质的来源。
碳纳米管的直径和卷曲方式对其电子结构和机械性质有着重要影响。
研究发现，碳纳米管可以用作场效应晶体管、纳米电子器件和传感器等多种应用。
最后，我们来讨论石墨烯。
石墨烯是由单层碳原子构成的二维晶体材料。
它具有出色的电子传导性、光学透明性和强度。
通过第一原理计算，我们可以研究石墨烯的结构、能带和振动谱。
研究发现，石墨烯具有线性色散关系的能带结构，这赋予了它独特的电子输运性质。
石墨烯可以用于柔性电子器件、储能器件和光电器件等多个领域。
纳米金刚石、碳纳米管和石墨烯的研究不仅局限于理论计算，也需要与实验相结合。
实验可以验证理论预测的性质，并探索这些材料的合成和应用。
此外，通过材料设计和工程的手段，还可以调控和优化纳米金刚石、碳纳米管和石墨烯的特性，进一步提高其性能和应用潜力。
总结来说，纳米金刚石、碳纳米管和石墨烯具有独特的结构和特性，通过第一原理计算可以深入研究它们的性质。
这些材料在电子器件、能源储存和催化剂等领域有着广泛的应用潜力。
随着材料科学的不断进步，相信纳米金刚石、碳纳米管和石墨烯的研究将会取得更多重要的突破和应用综上所述，纳米金刚石、碳纳米管和石墨烯是具有独特结构和特性的新兴材料。
碳纳米管和石墨烯的制备和性能
碳纳米管和石墨烯的制备和性能碳纳米管和石墨烯是当今材料领域的热门研究对象。
它们具有独特的结构和性能，在电子学、化学、材料科学、能源等领域有广泛的应用前景。
那么，碳纳米管和石墨烯是如何制备的呢？它们具有哪些特殊的性能呢？一、碳纳米管的制备碳纳米管是由碳元素构成的管状结构，具有很好的导电性和机械强度。
目前，碳纳米管的制备方法主要有以下几种：1.化学气相沉积法化学气相沉积法是一种将碳原子在高温下沉积在金属催化剂表面形成碳纳米管的方法。
在这个过程中，金属催化剂通常采用铁、镍、钴等，碳源采用甲烷、乙烯、丙烯等气体。
此方法制备的碳纳米管成本低廉，但管子的成长方向难以控制，管子结构的单一性难以保证。
2.化学气相沉积-物理溅射复合法化学气相沉积-物理溅射复合法是在气相化学沉积的基础上加入物理溅射的方法。
物理溅射可以产生高能离子束，利于碳原子在金属催化剂表面形成碳纳米管。
此方法制备的碳纳米管管子结构相对单一，但管子的成长方向还是有随机性。
3.电弧重复熔化法电弧重复熔化法是一种以石墨材料为前驱体，在高温高压条件下通过电弧放电产生碳纳米管的方法。
此方法制备的碳纳米管管子结构比较规则，但成本较高。
4.化学还原法化学还原法是通过还原剂将氧化石墨烯还原为石墨烯片层中的碳原子结构之一，从而制备碳纳米管的方法。
此方法成本低廉，制备易于规模化，但管子的长度较短。
二、石墨烯的制备石墨烯是由一层碳原子单元组成的二维晶体，具有高导电性、高机械强度、微观尺度局部弯曲等重要性能。
目前，制备石墨烯的方法主要有以下几种：1.化学气相沉积法化学气相沉积法是将碳源气体在反应室中加热，在金属催化剂表面沉积石墨烯的方法。
该方法成本较低，但制备的石墨烯质量不太稳定。
2.机械剥离法机械剥离法通过机械去除石墨材料的表层，使其分解成一层层的石墨烯。
该方法虽然简单易行，但石墨烯的面积和厚度都不太容易控制。
3.化学氧化还原法化学氧化还原法是采用氧化剂氧化石墨材料，形成氧化石墨烯后，再通过还原剂还原去除氧化物的方法制备石墨烯的方法。
超级电容器复合电极材料制备及电化学性能研究
超级电容器复合电极材料制备及电化学性能研究1. 本文概述随着现代科技的发展，能源存储技术正面临着前所未有的挑战和机遇。
超级电容器作为一种重要的能源存储设备，因其高功率密度、快速充放电能力、长寿命周期和环境友好性而受到广泛关注。
在超级电容器的构造中，复合电极材料的研发尤为关键，其直接决定了超级电容器的电化学性能和整体效能。
本文旨在探讨超级电容器复合电极材料的制备方法及其电化学性能。
本文将对目前广泛研究的几种复合电极材料，如碳材料、金属氧化物、导电聚合物等，进行系统的综述。
这些材料在超级电容器中的应用优势和面临的挑战将被详细讨论。
接着，本文将重点介绍几种创新的复合电极材料制备技术，包括化学气相沉积、水热合成、溶胶凝胶法等。
这些方法在制备过程中对材料结构和形貌的控制，以及对电化学性能的影响将被深入分析。
本文将通过实验数据，评估所制备的复合电极材料在超级电容器中的实际应用性能，包括比电容、能量密度、循环稳定性等关键指标。
通过这些研究，本文旨在为超级电容器复合电极材料的发展提供新的视角和技术路径，推动能源存储技术的进步。
2. 文献综述超级电容器，也称为电化学电容器，是一种介于传统电容器和电池之间的能量存储设备。
它们的主要特点是具有高功率密度、长循环寿命和快速充放电能力。
超级电容器的储能机制主要是双电层电容，涉及电极材料与电解质之间的电荷分离。
这一领域的研究起始于20世纪50年代，随着材料科学和电化学技术的进步，超级电容器在能量存储领域的重要性日益凸显。
超级电容器的性能在很大程度上取决于电极材料的性质。
近年来，研究者们广泛关注复合电极材料，因其能够结合不同材料的优点，从而提高超级电容器的整体性能。
常见的复合电极材料包括碳基材料、金属氧化物、导电聚合物等。
这些材料通过不同的复合策略（如物理混合、化学接枝、层层自组装等）进行组合，旨在提高比电容、能量密度和循环稳定性。
电化学性能是评估超级电容器电极材料的关键指标。
纳米材料—石墨烯、碳纳米管
纳米材料—石墨烯/碳纳米管1. 前言由于碳单质和化合物组成的多样性，碳及其化合物一直是材料、物理和化学领域的研究重点之一。
特别近三十年来，随着C60、碳纳米管(CNTs)、石墨烯(Graphene)等明星材料的相续发现，逐次将碳材料的研究推向高潮。
碳纳米管(CNT)和石墨烯(Graphene)分别在1991年和2004年被人们所发现。
碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，它的径向尺寸可达到纳米级，轴向尺寸为微米级，管的两端一般都封口，因此它有很大的强度，同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维碳材料。
零维富勒烯、一维碳纳米管、二维石墨烯共同组成了骨干的碳纳米材料家族，并且它们之间可以在形式上转化（图1）。
图1 石墨烯及各种石墨形体石墨烯和碳纳米管在电学和力学等方面有着相似的性质，但由于结构不同，它们也有很多不同之处。
碳纳米管和石墨烯分别是优良的一维和二维碳材料，它们分别体现出了一维的和二维的各向异性，如导电性、力学性能和导热性等。
为了结合两者的优点，人们将石墨烯和碳纳米管共同用于复合材料。
石墨烯和碳纳米管复合材料形成三维网状结构，通过它们之间的协同效应，使其表现出比任意一种单一材料更加优异的性能，例如更好的各向同性导热性、各向同性导电性、三维空间微孔网络等特性。
基于以上性质，使得石墨烯/碳纳米管复合材料在超级电容器、太阳能电池、显示器、生物检测、燃料电池等方面有着良好的应用前景。
此外，掺杂一些改性剂的石墨烯/碳纳米管复合材料也受到人们的广泛关注，例如在石墨烯/碳纳米管复合电极上添加CdTe量子点制作光电开关、掺杂金属颗粒制作场致发射装置。
由此可见，石墨烯/碳纳米管复合材料越来越多的被人们所应用，也使得石墨烯/碳纳米管复合材料的制备和应用得到更加广泛的关注。
2. 石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法2.1 化学气相沉积法（CVD）CVD法因易于控制膜的组成及成份分散度而被广泛应用于制备石墨烯/碳纳米管复合膜。
碳纳米管与石墨烯的对比研究
碳纳米管与石墨烯的对比研究碳纳米管与石墨烯是近年来备受关注的两种碳纳米材料，它们在材料科学、纳米技术、电子学等领域展现出了巨大的应用潜力。
碳纳米管是一种具有特殊结构的碳材料，其具有优异的导电、热导性能和机械性能，因此被广泛应用于电子器件、储能设备、传感器等领域。
而石墨烯作为一种二维碳材料，具有单层原子厚度、高导电性、高柔韧性等优异特性，被认为是未来电子学领域的重要材料之一。
本文将对碳纳米管与石墨烯这两种碳纳米材料进行对比研究，探讨它们的结构特点、性能表现以及应用前景。
碳纳米管的特点主要体现在其结构和性能上。
碳纳米管是一种单层碳原子经过卷曲而成的管状结构，可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
单壁碳纳米管具有更优异的导电性能和机械性能，而多壁碳纳米管则具有更好的化学稳定性。
石墨烯则是由单层碳原子按照六角网格排列而成的二维材料，其具有优异的导电性、光学透明性和柔韧性，是一种理想的电子器件材料。
由于碳纳米管和石墨烯的结构特点不同，因此它们的性能表现也有所区别。
碳纳米管具有优异的导电性和热导性，这与其特殊的结构有关。
碳纳米管中的碳原子呈现出sp²杂化轨道结构，使其具有较高的电子迁移率和载流子迁移速度。
这种结构使得碳纳米管在高频、高速电子器件中具有广泛应用前景。
此外，由于碳纳米管是一种一维纳米材料，具有较高的长度宽比，因此具有优异的载流子输运性能。
在材料学领域，碳纳米管还被用作纳米填料，用于增强复合材料的机械性能。
石墨烯作为一种二维碳材料，其导电性能更为突出。
石墨烯的导电性可以达到铜的几倍甚至几十倍，因此在柔性电子器件、传感器、透明导电膜等领域有着广泛的应用前景。
石墨烯的柔韧性和透明性也为其在柔性电子器件领域带来了很大的机遇。
除了导电性能，碳纳米管和石墨烯还具有优异的力学性能。
碳纳米管具有很高的拉伸强度和模量，以及较好的韧性，因此被广泛用于强化复合材料。
其高强度和低密度还使得碳纳米管可能成为未来轻质高强材料的候选。
石墨烯电池材料的制备与性能研究
石墨烯电池材料的制备与性能研究石墨烯是一种由单层碳原子组成的材料，具有高导电性和高度机械强度等优良性质，是目前材料领域研究的热点之一。
石墨烯材料在能量存储领域也有广泛的研究应用，其中在电池领域的应用备受关注。
本文将主要探讨石墨烯电池材料的制备与性能研究。
一、石墨烯电池材料的制备由于石墨烯的单层结构和极高的比表面积，使得其作为电极材料有着广阔的应用前景。
目前制备石墨烯材料有多种方法，如化学气相沉积法、机械剥离法、溶液剥离法等。
其中，化学气相沉积法制备的石墨烯材料在电极材料中的应用最为广泛。
化学气相沉积法主要是在惰性气体中将石墨烯材料进行热解或化学反应，然后将过程中产生的气体送入到基板表面得到石墨烯。
与其它方法相比，化学气相沉积法可以制备单晶质量高、具有工业化生产条件、可以控制多层石墨烯等收益。
在石墨烯材料的电池应用中，电化学沉积法也是石墨烯电池材料制备中的一种重要方法。
二、石墨烯电池材料的性能研究石墨烯电池材料具有极高的导电性和高比表面积，并有望替代传统锂离子电池中的石墨负极材料和传统电容器中的活性炭等材料。
石墨烯电池材料的优良性质赋予了其在储能方面有着较高的研究价值。
目前，石墨烯电池材料在超级电容器、铅酸电池、锂离子电池和锂硫电池等领域都有广泛的应用。
值得一提的是，在锂离子电池领域，石墨烯材料作为负极材料的电化学性能得到了很好的提升。
石墨烯电池材料的研究工作中，除了制备工艺，石墨烯材料在电池性能中的变化也是研究的重点之一。
一般来说，石墨烯材料的性能表现与其表面形态和结构密切相关，如石墨烯电池材料的比表面积影响其电容性能与能量密度，孔隙大小、密度等因素将影响这些材料的电荷传输和储存性能。
不仅如此，超级电容器中的石墨烯电池材料的电容性能也受到电解液的影响，这包括电解液的缓冲能力、离子浓度以及容积效应等。
三、未来展望石墨烯电池材料的制备和性能方面的研究将会是一个长期的过程。
随着对其导电性、比表面积和电化学性能等方面的深入研究，石墨烯材料在储能领域的应用将会越来越广泛。
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国内图书分类号：O613.71 学校代码：10213国际图书分类号：540 密级：公开理学硕士学位论文石墨烯、石墨烯/碳纳米管的制备及其超级电容器性能研究硕士研究生：葛士彬导师：杨春晖教授申请学位：理学硕士学科：无机化学所在单位：化工学院答辩日期：2009年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: O613.71U.D.C: 540Dissertation for the Masteral Degree in SciencePREPARATION AND SUPERCAPACITOR PROPERTIES OF GRAPHENE、GRAPHENE/CARBON NANOTUBESCandidate：Ge ShibinSupervisor：Prof.Yang ChunhuiAcademic Degree Applied for：Master of Science Speciality：Inorganic Chemistry Affiliation：School of Chemical Engineering Date of Defence：June, 2009Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要随着社会经济的发展，人们对于清洁能源以及生态环境越来越关注，超级电容器作为一种新型的储能器件,由于其无污染、高效的优良特性，越来越受到人们的重视。
石墨烯自2004年问世以来，已经在诸多领域引起了广泛的关注，各国科学家都在争先恐后的研究石墨烯的各种特殊的性质。
石墨烯的理论比表面积高达2630m2/g，而且其导电性非常好，是制造超级电容器的理想材料。
采用Hummers还原氧化石墨法制备了石墨烯，使用AFM、SEM、TG表征了其结构与形貌，讨论了干燥温度和溶剂对石墨烯形貌的影响，结果表明，石墨烯样品的厚度为0.59nm，低温干燥可以使石墨烯保持良好的片状结构，有水存在时可以使石墨烯更好的分散。
采用石墨烯为电极材料制备出超级电容器，研究了粘结剂含量、石墨烯涂覆量、电极成型压力、电解液对石墨烯电极电容性能的影响，结果表明，随着PVDF含量的增加，掉粉现象消失，等效内阻增大；石墨烯涂覆量太少比容量小，太多容易掉粉；随着电极成型压力的增加，比容量逐渐减小；在6mol/L的KOH溶液中，所制得的电容器比容量可达72F/g。
通过循环伏安法、恒流充放电法、交流阻抗法研究了石墨烯超级电容器的电化学性能，结果表明，电容器在不同电压扫描速率下表现出良好的可逆性和双电层电容特性，可大电流充放电，等效串联内阻小。
将碳纳米管引入石墨烯体系中，制备出石墨烯/碳纳米管复合材料，扫描电镜结果显示，碳纳米管被成功的负载到了石墨烯上。
采用石墨烯/碳纳米管复合材料为电极材料制备出超级电容器，研究了不同碳纳米管种类、碳纳米管含量对石墨烯电极电容性能的影响，结果表明，采用长度为1-2μm、外径10-20nm的多壁碳纳米管制备的电容器表现出最好的电容性能，比容量达112F/g，随着碳纳米管含量的增加，比电容增加，但过多反而使比电容下降。
通过循环伏安法、恒流充放电法、交流阻抗法研究了石墨烯/碳纳米管超级电容器的电化学性能，结果表明，电容器在不同电压扫描速率下表现出良好的可逆性和双电层电容特性，甚至60mV/s 时仍表现出很好的电容特性，可大电流充放电，充放电效率高，等效串联内阻小。
关键词石墨烯；超级电容器；碳纳米管；比容量哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractWith the economic development, there is environment-friendly energy, and ecological environment has become increasingly concerned about a new type of super-capacitors as the energy storage devices, because of its non-polluting, high-performance characteristics of the fine, it has gained more and more attention. Graphene Since its inception in 2004, caused in many fields has been widespread concern, the scientists are scrambling graphene research the nature of the various special. The theory of graphene surface area as high as 2630m2 / g, and its very good electrical conductivity is the ideal material for supercapacitor.Using Hummers method to restore graphite oxide to prepare graphene, the use of AFM, SEM, TG characterization of the structure and morphology, discussed the drying temperature and solvent on the morphology of graphene. Results show that thickness of the graphene sample is 0.59nm, low-temperature drying can maintain good graphene sheet structure, the presence of water can make a better dispersion of graphene.Preparing supercapacitors by using graphene for electrode materials,studying effect of the binder content, the volume of graphene coated, electrode forming pressure on capacitance characteristics of supercapacitor.The results showed that with the increase of PVDF content equivalent resistance increases and amost don’t drop powder; the specific capacitance increase with the coated graphene weight but when it’s too much graphene will easy to drop powder;with the electrode forming pressure increases, the specific capacitance in 6mol/L of KOH solution obtained to 72F/g. Cyclic voltammetry, constant current charge-discharge, AC impedance method were used to study the graphene electrochemical supercapacitor performance, results show that at different scan rates showed good reversibility and characteristics of electric double layer capacitor, can be high-current charge-discharge and has a small equivalent series resistance.The introduction of the carbon nanotubes to graphene system, prepared graphene / carbon nanotube composites, scanning electron microscopy showed that carbon nanotubes have been successfully load on the graphene. Graphene / carbon nanotubes composite electrode materials were used for preparing supercapacitors, studied the different types of carbon nanotubes, carbon nanotube content on effect of the electrode哈尔滨工业大学理学硕士学位论文capacitance, the results show that supercapccitor use the length of 1-2 μm, diameter of 10-20nm multi-walled carbon nanotube show the best performance of the capacitance and has the specific capacity of 112F/g. The content of carbon nanotubes with an increase in specific capacitance, but it declined when it’s too much. Cyclic voltammetry, constant current charge-discharge, AC impedance method, were were used to study graphene / carbon nanotubes electrochemical supercapacitor performance, results show that at different voltage scan rates the capacitor showed good reversibility and double-layer capacitance characteristics, and even 60mV/s was still show a very good performance characteristics of the capacitor, can charge and discharge current, has a high charge-discharge efficiency, and a small equivalent series resistance.Keywords graphene, supercapacitor, carbon nanotube, specific capacitance哈尔滨工业大学理学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 石墨烯概述 (1)1.2 石墨烯制备方法进展及应用 (2)1.2.1 石墨烯研究进展 (2)1.2.2 石墨烯应用研究现状 (4)1.3 超级电容器概述 (6)1.3.1 超级电容器特点及分类 (6)1.3.2 超级电容器原理 (7)1.4 超级电容器的研究进展 (9)1.4.1 超级电容器电极材料研究进展 (9)1.4.2 超级电容器的应用 (11)1.5 课题研究的目的意义和主要内容 (12)第2章实验材料及表征方法 (13)2.1 实验材料 (13)2.1.1 实验试剂 (13)2.1.2 实验设备 (13)2.2 表征方法 (14)2.2.1 形貌及结构表征 (14)2.2.2 电化学性能表征 (14)第3章石墨烯的制备及结构表征 (16)3.1 实验部分 (16)3.1.1 石墨烯的制备 (16)3.2 石墨烯的结构与形貌表征 (18)3.2.1 物相和结构表征 (18)3.2.2 原子力显微镜测试表征 (19)3.2.3 场发射扫描电镜测试表征 (20)3.2.4 热重分析 (22)哈尔滨工业大学理学硕士学位论文3.3 本章小结 (25)第4章石墨烯超级电容器性能研究 (26)4.1 引言 (26)4.2 石墨烯超级电容器的制备与表征 (26)4.2.1 石墨烯电极片的制备与形貌表征 (26)4.2.2 电容器的装配 (27)4.3 影响石墨烯电极片比容量的工艺参数 (27)4.3.1 粘结剂含量 (27)4.3.2 石墨烯涂覆量 (28)4.3.3 电极成型压力 (29)4.3.4 电解液 (29)4.4 石墨烯超级电容器性能研究 (30)4.4.1 循环伏安特性研究 (30)4.4.2 恒流充放电性能研究 (32)4.4.3 交流阻抗性能研究 (33)4.4.4 漏电流研究 (34)4.4.5 循环寿命研究 (35)4.5 本章小结 (35)第5章石墨烯/碳纳米管超级电容器性能研究 (36)5.1 引言 (36)5.2 石墨烯/碳纳米管超级电容器的制备与表征 (37)5.2.1 石墨烯/碳纳米管复合材料的制备 (37)5.2.2 石墨烯/碳纳米管复合材料的表征 (37)5.2.3 石墨烯/碳纳米管电极片的制作 (38)5.2.4 石墨烯/碳纳米管电极片表征 (39)5.3 影响石墨烯/碳纳米管电极片的工艺参数 (39)5.3.1 碳纳米管的种类 (39)5.3.2 S-MWNT-1020型碳纳米管的用量 (41)5.4 石墨烯/碳纳米管超级电容器性能研究 (41)5.4.1 循环伏安特性研究 (41)5.4.2 交流阻抗性能研究 (43)5.4.3 充放电性能研究 (43)5.4.4 漏电流研究 (44)哈尔滨工业大学理学硕士学位论文5.5 本章小结 (45)结论 (46)参考文献 (47)攻读学位期间发表的学术论文 (52)哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 (53)哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书 (53)致谢 (54)哈尔滨工业大学理学硕士学位论文第1章绪论1.1石墨烯概述石墨烯(graphene)是碳原子紧密堆积成的单层蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料[1],其厚度仅为0.335nm，仅相当于头发丝直径的20万分之一，是构建其他维数碳质材料(如零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨)的基本单元(图1-1)。