超级电容器用石墨烯及其复合材料的研究
基于石墨烯的复合材料的制备及其在储能器件中的应用研究共3篇
基于石墨烯的复合材料的制备及其在储能器件中的应用研究共3篇基于石墨烯的复合材料的制备及其在储能器件中的应用研究1基于石墨烯的复合材料的制备及其在储能器件中的应用研究随着人们对能源需求的增加和全球环境问题的日益加剧，储能技术逐渐成为了热门的研究领域。
其中，基于石墨烯的复合材料的制备及其在储能器件中的应用受到了广泛关注。
石墨烯是一种薄而坚硬的材料，它由单层碳原子组成。
石墨烯的特殊结构和优异性能使其在材料组合中展现出了无限的应用前景。
最近的研究表明，将石墨烯与其他材料结合起来可以显著提高其储能性能。
因此，制备基于石墨烯的复合材料已成为研究的重点。
基于石墨烯的复合材料的制备通常采用化学氧化法、还原法、溶剂剥离法等方法。
其中，化学氧化法是最常见的制备方法之一。
通过将石墨烯与某些化合物反应来实现对石墨烯的氧化，进而产生氧化石墨烯（GO）。
随后，将氧化石墨烯还原成石墨烯（rGO）并与其他材料组合制备成多层石墨烯复合材料。
在储能器件的应用中，基于石墨烯的复合材料已经被证明是一种具有潜力的电极材料。
石墨烯具有良好的导电性和纳米级的厚度，使得它可以高效的将电子导入储能器件中。
同时，它的高比表面积和良好的可调性也使得基于石墨烯的复合材料在储能器件中具有良好的性能。
例如，将石墨烯与氧化钴结合可以制备出具有良好电容性能的电极材料。
相比于传统的电极材料，基于石墨烯的复合材料能够实现更高的能量密度和更长的使用寿命。
此外，将石墨烯与其他材料复合还可以拓宽其应用范围。
例如，基于石墨烯的锂离子电池和钠离子电池电极材料也正在被研究和开发。
此外，基于石墨烯的复合材料在太阳能电池中也展示了良好的性能。
总之，基于石墨烯的复合材料的制备及其在储能器件中的应用是一个具有前途的研究领域。
未来的研究将致力于进一步优化复合材料的结构和性能，并深入挖掘其应用潜力基于石墨烯的复合材料在储能器件中具有良好的性能，拥有更高的能量密度和更长的使用寿命。
其制备方法多样且成熟，同时，将石墨烯与其他材料复合使其应用范围更加广泛。
基于氧化石墨烯的超级电容器的制备和应用研究
基于氧化石墨烯的超级电容器的制备和应用研究随着科技的进步，电子产品的需求在不断增长。
为了应对这一需求，电池和超级电容器的研究变得越来越重要。
超级电容器是一种新型的存储能量设备，与传统的电池相比，超级电容器拥有极高的能量密度、长寿命、快速充放电等优势。
因此，其在电子、交通、航空航天等领域有着广泛的应用前景。
而基于氧化石墨烯的超级电容器具有极大的发展潜力，以下将介绍其制备和应用研究的最新进展。
一、氧化石墨烯的制备氧化石墨烯是一种由单层碳原子构成的材料，化学式为C（O）OH。
氧化石墨烯的制备方法有多种，其中常用的方法包括化学氧化法、热氧化法、电化学氧化法等。
化学氧化法是目前较为常用的制备方法。
通常将石墨粉末与混合酸（硝酸和硫酸）混合，经过氧化反应后，用水洗涤和干燥即可。
热氧化法则通过将石墨粉末加热至高温下，通过氧化反应制备氧化石墨烯材料。
这种方法制备出的氧化石墨烯具有较高的热稳定性和晶体品质，但是制备难度较大，成本较高。
电化学氧化法则是通过电化学反应制备氧化石墨烯材料。
这种方法可以使石墨表面的氧化程度更加均匀，制备出的氧化石墨烯具有良好的电化学性能。
二、基于氧化石墨烯的超级电容器的研究进展基于氧化石墨烯的超级电容器研究起步较晚，但是得到了长足的发展。
氧化石墨烯的独特结构和性质使得基于其材料制备的超级电容器具有优异的性能，例如：高能量密度、高功率密度、长寿命等特点。
1. 氧化石墨烯/聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料氧化石墨烯/聚对苯二甲酸丁二醇酯（PVB）复合材料是目前研究较为成熟的氧化石墨烯超级电容器材料。
这种材料的优点在于氧化石墨烯的导电性和PVB的柔软性、韧性结合在了一起，既能够提高超级电容器的能量密度，又能有效延长电容器的使用寿命。
2. 氧化石墨烯/多孔碳材料复合材料氧化石墨烯/多孔碳材料复合材料也是一种目前研究较为活跃的氧化石墨烯超级电容器材料。
通过将氧化石墨烯与多孔碳材料结合，能够有效提高超级电容器的能量密度和功率密度，并且提高超级电容器的使用寿命。
二硫化钼-石墨烯复合材料制备及其电化学性能研究
二硫化钼-石墨烯复合材料制备及其电化学性能探究二硫化钼/石墨烯复合材料制备及其电化学性能探究摘要：二硫化钼/石墨烯复合材料因其奇特的结构和优异的性能，在电化学领域引起了广泛的探究爱好。
本文以石墨烯为载体，通过化学气相沉积法制备了二硫化钼/石墨烯复合材料，并对其电化学性能进行了探究。
结果表明，二硫化钼/石墨烯复合材料具有优异的电化学性能，可作为超级电容器、锂离子电池等能量储存和转化器件的抱负材料。
引言：随着能源危机和环境污染问题的日益加剧，新型的高性能电化学能源储存器件得到了广泛的探究。
二硫化钼( MoS2 ) 作为一种典型的层状过渡金属硫化物，具有优异的物理和化学性能，被广泛应用于电化学储能领域。
然而，MoS2 的电导率较低，对电化学性能的提升有一定的限制。
为了克服这一问题，石墨烯被引入到MoS2 中，形成二硫化钼/石墨烯复合材料，以提高其电导率和电化学性能。
试验部分：1. 试验材料与仪器本试验所使用的材料包括二硫化钼纳米粉末、石墨烯氧化物纳米片以及乙醇等，试验仪器包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电化学工作站等。
2. 二硫化钼/石墨烯复合材料的制备起首制备石墨烯氧化物纳米片，将石墨烯氧化物纳米片与二硫化钼纳米粉末混合，并在惰性气氛下进行高温还原，最后得到二硫化钼/石墨烯复合材料。
结果与谈论：通过SEM和TEM观察，可以看到制备得到的二硫化钼/石墨烯复合材料呈现出层状结构，并且石墨烯片层与二硫化钼纳米粉末之间有良好的结合。
这种结构为复合材料的电化学性能提供了良好的导电通道，并增加了电极与电解质之间的接触面积。
进一步的电化学性能测试表明，二硫化钼/石墨烯复合材料在循环伏安曲线和恒流充放电测试中呈现出优异的性能。
其具有较高的比电容和循环稳定性，表明其具有较好的能量储存和转化性能。
同时，该复合材料还具有快速充放电反应速度和良好的电化学活性，能够在短时间内实现高效能量输出。
结论：本文成功制备了二硫化钼/石墨烯复合材料，并对其电化学性能进行了探究。
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展一、本文概述石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电子结构、优异的物理和化学性能，在复合材料领域引起了广泛的关注。
石墨烯复合材料结合了石墨烯和其他材料的优点，使得这种新型复合材料在力学、电学、热学等方面表现出色，因此具有广阔的应用前景。
本文旨在综述石墨烯复合材料的制备方法、性能特点以及在不同领域的应用研究进展，以期为石墨烯复合材料的进一步研究和实际应用提供理论支持和参考。
本文将首先介绍石墨烯及其复合材料的基本概念和特性，然后重点综述石墨烯复合材料的制备方法，包括溶液混合法、原位合成法、熔融共混法等。
接着，文章将探讨石墨烯复合材料在能源、电子、生物医学、航空航天等领域的应用研究进展，分析其在提高材料性能、降低成本、推动相关产业发展等方面的重要作用。
本文还将对石墨烯复合材料未来的研究方向和应用前景进行展望，以期推动这一领域的持续发展和创新。
二、石墨烯复合材料的制备方法石墨烯复合材料的制备方法多种多样，每一种方法都有其独特的优点和适用范围。
以下是几种主要的制备方法：溶液混合法：这是最简单且最常用的方法之一。
首先将石墨烯分散在适当的溶剂中，然后通过搅拌或超声处理使其均匀分散。
接着，将所需的基体材料（如金属氧化物、聚合物等）加入溶液中，通过搅拌或热处理使石墨烯与基体材料充分混合。
通过过滤、干燥等步骤得到石墨烯复合材料。
这种方法操作简便，但石墨烯在溶剂中的分散性和稳定性是关键因素。
原位生长法：这种方法通常在高温或特定气氛下进行，利用石墨烯与基体材料之间的化学反应，使石墨烯在基体材料表面或内部原位生长。
例如，通过化学气相沉积（CVD）或热解等方法，在金属氧化物或聚合物表面生长石墨烯。
这种方法可以得到石墨烯与基体材料结合紧密、性能优异的复合材料，但操作过程较复杂，且需要特殊的设备。
熔融共混法：对于高温稳定的基体材料，如金属或某些聚合物，可以采用熔融共混法制备石墨烯复合材料。
石墨烯复合材料应用研究进展
石墨烯复合材料应用研究进展一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列形成的二维晶体材料，自2004年被科学家首次成功分离以来，便以其独特的物理、化学和电子性能，引发了全球范围内的研究热潮。
石墨烯具有出色的电导性、热导性、力学性能和化学稳定性，因此在诸多领域具有广阔的应用前景。
随着科技的进步，石墨烯已不再是单一使用的材料，而是逐渐与其他材料复合，形成石墨烯复合材料，以进一步拓展其应用范围和提升性能。
本文旨在对石墨烯复合材料的应用研究进展进行系统的梳理和总结。
我们将首先概述石墨烯及其复合材料的基本性质，然后分析石墨烯复合材料在能源、环境、生物医学、电子信息等领域的最新研究进展，探讨其实际应用中所面临的挑战和解决方案。
通过本文的阐述，我们期望能够为读者提供一个全面而深入的了解石墨烯复合材料应用研究的平台，为未来的科研工作和产业发展提供有益的参考。
二、石墨烯复合材料的制备方法石墨烯复合材料因其独特的物理化学性质，在能源、环境、生物医学等领域展现出广阔的应用前景。
而制备方法的选择和优化对于实现石墨烯复合材料的优良性能和应用潜力至关重要。
目前，石墨烯复合材料的制备方法主要包括溶液混合法、原位生长法、熔融共混法以及气相沉积法等。
溶液混合法是最常见且简单的制备石墨烯复合材料的方法之一。
通过将石墨烯粉末或溶液与基体材料溶液混合，再利用超声、搅拌等手段使其均匀分散，最后通过干燥、热处理等步骤得到复合材料。
这种方法操作简单，但需要注意的是石墨烯在溶液中的分散性和稳定性。
原位生长法是通过在基体材料表面或内部直接生长石墨烯纳米片的方法。
通常利用化学气相沉积（CVD）或热解等方法，在基体材料表面引入碳源，在高温条件下使其分解并生成石墨烯。
这种方法制备的石墨烯与基体材料结合紧密，但制备过程相对复杂，成本较高。
熔融共混法是将石墨烯与熔融状态的基体材料混合，通过剪切力使石墨烯均匀分散在基体材料中。
这种方法适用于高温熔融的聚合物基体材料，制备得到的石墨烯复合材料具有较好的机械性能和热稳定性。
石墨烯／氧化锰／聚苯胺微纳米复合材料的制备及其超级电容器性质的研究
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｏ ｎ ｔ ｈｅ Ｆ ａ ｂ ｒ ｉ ｃ ａ ｉｏ ｔ ｎ ａ ｎ ｄ Ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ａｐ ｃ ａ ｄｔ ｏ ｒ Ｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ
Ｇｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ／ Ｍｎ ＯＪ Ｐｏ ｌ ｙ ａ ｎ ｉ ｌ ｉ ｎ ｅ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ 。 ＿ ＿ － Ｎａ ｎ ｏ Ｃｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ／ ｍａ ｎｇ ａ ｎ ｅ ｓ ｅ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ・ ／ ｐ ｏ ｌ ｙ ａ ｎ ｉ ｌ ｉ ｎ ｅ ｍｉ ｃ ｒ ｏ — — ｎ ａ ｎ ｏ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｆ ａ ｂ ｒ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ
要 ：本文主要对石墨烯／ 氧化锰／ 聚苯胺微纳米复合物作 为超级 电容 器电极材料 的制备及其 电容性质进行 了研 究。红 外
光谱 、ｘ一 射线光电子能谱 和扫描 电镜等测试结果表 明 已成 功合成 了三元微纳米复合物。通过循环伏安测试和恒电流充放 电
测试表明石墨烯与氧化锰 以 １： ５ 的质量 比进行复合得 到的产物电化 学储 能性质最好 。三元复合 时，随着苯胺的增加 ，三元 复合物的充放 电时间逐渐增 长，苯胺与石 墨烯／ 氧化锰 复合材料的质量比为２： １ 时 ，复合物的 比电容为 ３ １ １ Ｆ ／ ｇ ，比石墨烯／ 氧化锰的比电容 （ １ ７ １ Ｆ ／ ｇ ）高出近一倍 ，由此 可知 ，聚苯胺的加入显著提 高了二元复合 物的比电容。 关键词 ：超级电容器；石墨烯 ；复合 材料 中图分类号 ： ０６ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ６ ７ ２ ～ ９ ８ ７ Ｏ （ ２ Ｏ １ ３ ） Ｏ ６ 一Ｏ ０ ９ Ｏ 一 ０ ３
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。
《2024年石墨烯的制备及在超级电容器中的应用》范文
《石墨烯的制备及在超级电容器中的应用》篇一一、引言随着科技的进步，纳米材料的应用已经引起了科学界的广泛关注。
在众多纳米材料中，石墨烯因其独特的物理、化学性质，特别是其超高的电导率和极大的比表面积，已成为近年来材料科学领域的研究热点。
本篇论文旨在深入探讨石墨烯的制备方法以及其在超级电容器中的应用。
二、石墨烯的制备石墨烯的制备方法多种多样，常见的包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等。
1. 机械剥离法：此方法主要是通过机械力将石墨薄片剥离成单层或多层石墨烯。
此法虽然可以制备出高质量的石墨烯，但生产效率较低，不适合大规模生产。
2. 化学气相沉积法：此法通过在高温条件下使气体中的碳原子在基底上沉积形成石墨烯。
此法可以制备大面积的石墨烯，但制备过程需要高温和特定的气体环境。
3. 氧化还原法：此法首先通过强酸等化学试剂将天然石墨氧化，形成氧化石墨（GO），然后通过还原GO得到石墨烯。
此法生产效率高，成本低，适合大规模生产。
三、石墨烯在超级电容器中的应用超级电容器是一种具有高能量密度和高功率密度的储能器件，而石墨烯因其独特的物理性质，使其成为超级电容器的理想材料。
1. 石墨烯的电化学性质：石墨烯具有超高的比表面积和良好的导电性，这使其在电化学反应中能够提供更多的活性位点，从而提高电容器的电容量。
2. 石墨烯在超级电容器中的应用：由于石墨烯的优异性能，其被广泛应用于超级电容器的电极材料。
在电极中，石墨烯不仅可以提供大量的电荷传输通道，还可以通过其大比表面积提供更多的电荷存储空间。
此外，石墨烯的优异导电性可以降低电极的内阻，从而提高电容器的充放电速率。
四、结论随着科技的发展，石墨烯的制备技术已经越来越成熟，其在超级电容器中的应用也越来越广泛。
未来，随着对石墨烯性能的深入研究以及制备技术的进一步优化，石墨烯在超级电容器以及其他领域的应用将更加广泛。
同时，我们也需要关注到石墨烯在实际应用中可能面临的问题和挑战，如成本、环境影响等，以期在未来的研究中找到更好的解决方案。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
重庆大学硕士位论文
（学术学位）
学生姓名：宋宏芳 指导教师：李新禄 副教授 专 业：材料科学与工程
学科门类：工 学
重庆大学材料科学与工程学院
二 O 一三年五月
Investgation on Graphene and Its Composite Materials for Supercapacitors
IV
目
录
目
录
中文摘要 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·I 英文摘要 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·III 1 绪 论· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 1
III
重庆大学硕士学位论文
but also act as a flexible substrate for the MnO2 nanowire arrays, while the MnO2 nanowire arrays serve as high-capacity hosts and facilitate the electrolyte ion penetration. The composite exhibit high-capacitance performance (276 F g-1 at 0.5 A g-1), excellent rate capability(62.7% capacity retention at 60 A g-1), meanwhile maintaining an excellent cycling stability (no degradation after 1200 cycles) and a maximum power density of 21.6 kW kg-1. Keywords: Supercapacitors, Electrode materials, Graphene nanosheets, polyaniline, MnO2
School of Materials Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing, China May, 2013
中文摘要
摘
要
超级电容器具有较高的功率密度和能量密度等优点，成为当前广泛研究的新 型能量存储器件。超级电容器的性能主要取决于电极材料，多孔碳，导电聚合物 和过渡金属氧化物被广泛地用作超级电容器的电极材料。石墨烯纳米片由于具有 的热稳定性、高比表面积、优良的导电性，成为超级电容器最有发展前景的电极 材料之一。本论文主要着眼于石墨烯及其石墨烯基复合材料的合成、微观结构表 征及其超电容的反应性能。主要研究内容如下： 本文分别采用高温膨胀和微波辐射制备石墨烯纳米片。系统地研究了两种剥 离方法对石墨烯的表面结构和电化学性能的影响。N2 吸附结果表明，高温膨胀剥 离的石墨烯纳米片的比表面积和孔体积均大于的微波辐射得到的产品。电容测试 结果表明，高温膨胀剥离的石墨烯纳米片在电流密度为0.1 A/g时，比容量可达到 188 F/g。 本文通过原位聚合法制备出具有三维（3-D）骨架结构的聚苯胺/石墨烯纳米片 复合材料。微观结构的分析表明，当苯胺浓度低时，聚苯胺均匀沉积在石墨烯纳 米片的表面上，但当苯胺浓度高时聚苯胺趋向于在石墨烯纳米片之间团聚。电化 学性能测试表明，未被破坏框架结构的石墨烯纳米片有效地提高了复合材料的电 化学电容。在电流密度为0.1 A/g时，空白样石墨烯的比容量为190.6 F/g，聚苯胺/ 石墨烯纳米片的复合材料（聚苯胺含量低）的比电容达到261.4 F/g。 本文从材料的结构设计出发，采用原位生长法将针状二氧化锰阵列树立在石 墨烯上，构筑成三明治式结构。该制备方法利用高锰酸钾和石墨烯之间的氧化还 原反应，工艺简单有效。石墨烯不仅可以提供电化学反应的电子通道，也充当二 氧化锰纳米线阵列的柔性衬底，而二氧化锰纳米线阵列作为高容量的提供者，促 进电解液离子的渗透。复合材料具有高电容性能（0.5 A g-1时可达276 F g-1） ，优良 的倍率的能力（60 A g-1时62.7％容量保持率） ，同时保持良好的循环稳定性（1200 次后没有衰减） ，最大功率密度达到21.6 kW kg-1。 关键词：超级电容器，电极材料，石墨烯纳米片，聚苯胺，二氧化锰
I
重庆大学硕士学位论文
II
英文摘要
ABSTRACT
Supercapacitors (SCs), have been studied extensively in the past few decades as energy storage devices due to their higher power density and higher energy density. The performance of SCs depends principally on electrode materials. Porous carbon materials, conducting polymers and transition-metal oxides are widely used as electrode materials for supercapacitors. Currently, graphene nanosheets (GNS) have been regarded as one of the most promising candidate material for supercapacitor owning to exceptional thermal stability, high surface area, and excellent conductivity. The dissertation focuses on the synthesis, the microstructure and the electrochemical performance of graphene and its composite materials. The main results are summarized as follows: In this dissertation, graphene nanosheets (GNS) were exfoliated by thermal expansion and microwave irradiation, respectively. The influence of expansion methods on GNS’s surface structure and electrochemical property were systemically analyzed. The N2 adsorption results proved that both the specific surface area and pore volume of the GNS exfoliated by thermal expansion are larger than those by microwave irradiation. The results showed that the GNS via thermal expansion exhibited better electrochemical property with the specific capacity of 188 F/g at the current density of 0.1 A/g. A composite of polyaniline (PANI) and graphene nanosheets (GNS) with three-dimensional (3-D) framework structure was prepared via in situ polymerization. The microstructure analysis indicates that the PANI homogeneously deposits on the surface of GNS at low content but tend to aggregate between GNS at high content. The electrochemical performance show that the GNS with undestroyed framework are effective to enhance the electrochemical capacitance of the composite. A remarkable specific capacitance of 261.4 F/g (based on GNS/PANI composites with low content of PANI) is obtained at a current density of 100 mA/g compared to 190.6 F/g for pure GNS. Based on the material structure design, a 3D nanoarchitecture of free-standing needle-like MnO2 arrays-graphene (FNMRG) was created by in-situ growth of MnO2 sandwiched between graphene nanosheets (GNS). The preparation is a simple but effective redox replacement reaction between potassium permanganate (KMnO 4) and GNS. GNS can not only provide the electron transportation for the capacitance reactions