微波还原氧化石墨烯及其电化学电容性能研究

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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。

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。

用于铝电池的微波还原氧化石墨烯

用于铝电池的微波还原氧化石墨烯摘要：最近，可充电石墨烯基铝离子电池（AIB）作为一种有吸引力的储能系统已被研究。

由于高电导率和低缺陷等要求，AIB中使用的石墨烯阴极通常使用化学气相沉积（CVD）制造。

在这里，我们利用可溶液处理的微波还原氧化石墨烯（MWrGO），该氧化石墨烯已被证明具有非常高的质量，并且作为AIB中的阴极具有低缺陷密度。

我们的结果表明，可以增加AlCl4–使用MWrGO 进行离子存储，相对于热还原氧化石墨烯（TrGO）。

用于 AIB 的 MWrGO薄膜阴极具有87.7 mA h g–1的稳定放电容量在0.2 A g–1 下库伦效率为>93%，具有良好的速率能力，可在 2 A g–1的高电流密度下承受超过 4500 次循环而不会衰减容量.铝酸之间的关系研究了离子储存能力和微波时间，以阐明AlCl4–之间的基本关系石墨烯中的插层和缺陷。

我们发现，提高质量和降低缺陷导致法拉第氧化还原反应产生的更高的扩散控制贡献，也导致AlCl4–增加。

离子存储能力，而石墨烯的较高缺陷导致电双层容量贡献增加，但降低了AlCl4–离子存储能力。

关键词：微波还原石墨烯高品质低缺陷铝电池介绍开发安全、低成本的高能量密度可充电电池对于满足便携式电子产品、电动汽车和固定应用不断增长的需求至关重要。

铝金属的三电子氧化还原特性及其紧密包装结构，可提供非常高的容积能力（8056 mAh cm–3）比锂 /李（2042 mAh cm–3）和钠/钠（1050 mah cm–3），以及铝低成本和土壤丰富的事实，使铝离子电池（AIB）在其他类型的电池中很有趣。

典型的可充电AIBs由铝金属作为阳极组成，阳极在离子液体（IL）电解质中经历可逆的电化学沉积 - 溶解过程，该电解质由1-乙基-3-甲基咪唑氯化物（EMImCl）和氯化铝（AlCl3）混合而成.近年来，各种材料已被测试为AIB中的阴极，包括金属氧化物，金属二硫代尼，聚合物和普鲁士蓝色类似物，等等。

“电化学性能”资料文集

“电化学性能”资料文集目录一、一步水热法制备MoO3纳米带还原氧化石墨烯及其电化学性能二、二次锂电池用含硫正极材料的制备及电化学性能研究三、锂离子电池硬碳负极材料的制备与电化学性能研究四、石墨烯聚吡咯纳米纤维超级电容器电极材料的制备及其电化学性能五、球形氢氧化镍的微结构形成机理与电化学性能六、石墨烯金属氧化物复合材料的制备及电化学性能研究一步水热法制备MoO3纳米带还原氧化石墨烯及其电化学性能近年来，纳米材料在电化学领域的应用受到了广泛关注。

其中，氧化石墨烯（GO）和MoO3纳米带由于其独特的物理化学性质，在能量存储和转换方面展现出巨大的潜力。

然而，如何实现高效、环保的制备方法，并优化其电化学性能，仍是一个挑战。

本文采用一步水热法制备MoO3纳米带还原氧化石墨烯（rGO），并对其电化学性能进行了研究。

本研究采用一步水热法制备MoO3纳米带还原氧化石墨烯。

将GO分散在水中，然后加入Mo源和适量的还原剂。

通过控制水热反应的条件，如温度、时间、pH等，实现MoO3纳米带与GO的还原反应。

制备得到的复合材料通过射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段进行表征。

通过控制水热反应条件，成功制备出MoO3纳米带还原氧化石墨烯复合材料。

射线衍射结果表明，MoO3以结晶态存在，且与石墨烯具有良好的相容性。

扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察表明，MoO3纳米带均匀分布在rGO表面，形成连续的网络结构。

在电化学性能测试中，MoO3纳米带还原氧化石墨烯表现出优异的电化学性能。

相比于纯rGO，复合材料的比电容和循环稳定性得到显著提高。

这归功于MoO3纳米带与rGO之间的协同效应，增强了材料在充放电过程中的结构稳定性。

本研究采用一步水热法制备MoO3纳米带还原氧化石墨烯复合材料，并对其电化学性能进行了研究。

结果表明，MoO3纳米带与rGO的复合有效地提高了材料的比电容和循环稳定性。

这为发展高效、环保的电化学储能材料提供了一种新的策略。

MXenes和还原氧化石墨烯的改性及在电化学传感中的应用

MXenes和还原氧化石墨烯的改性及在电化学传感中的应用MXenes和还原氧化石墨烯是当今电化学传感领域中备受关注的两种材料。

它们具有优异的电化学性能和多功能性，因此在传感器制备和应用中具有巨大潜力。

本文将围绕MXenes和还原氧化石墨烯的改性方法以及它们在电化学传感中的应用展开探讨。

一、MXenes的改性和应用MXenes是一类新兴的二维材料，由穆德的生产首字母"M"、碳的生产首字母"X"和金属元素的生产首字母"M"组成。

由于具有优异的导电性和化学稳定性，MXenes近年来备受瞩目。

然而，MXenes所具有的层状结构和相互堆积性质限制了其在传感器领域的应用。

为了克服这一问题，科学家们对MXenes进行了多种改性。

一种常见的改性方法是利用MXenes的氧化物相对还原剂进行还原，从而增加MXenes的导电性。

还原氧化物MXenes不仅具有高导电性，还具有更大的表面积和氧化还原活性位点，从而增强了材料的电化学性能和传感性能。

研究表明，还原氧化石墨烯可以用作电化学传感器中的电子转移介质和电催化剂，能够提高传感器的灵敏度和响应速度。

此外，还原氧化石墨烯可以通过多层简化和化学修饰来实现对电子和离子的高效输运，进一步提高传感器的检测限度和选择性。

另一种改性方法是将MXenes与其他纳米材料进行复合。

例如，将MXenes与金纳米颗粒复合，可以形成具有超大比表面积和催化活性的复合材料。

这种复合材料在电化学传感器中可以用作灵敏层，能够实现更高的灵敏度和检测范围。

此外，将MXenes与碳纳米管、氧化物纳米颗粒等复合，也可以实现不同的功能和性能，进一步扩展MXenes在传感器领域的应用。

二、还原氧化石墨烯的改性和应用还原氧化石墨烯是一种由氧化石墨烯还原而来的材料，具有与MXenes类似的优异电化学性能和多功能性。

为了进一步改善还原氧化石墨烯的传感性能，科学家们进行了多种改性。

石墨烯的制备及电化学性能研究

目录摘要 (I)Abstract ......................................................................................................................... I I 1 引言 (1)1.1 石墨烯的制备 (2)1.1.1 机械剥离法 (2)1.1.2 电化学剥离法 (2)1.1.3 化学气相沉积法 (3)1.2 石墨烯电极材料的制备 (5)1.3 石墨烯电极材料电化学性能测试 (5)2 实验部分 (6)2.1 实验试剂 (6)2.2 实验仪器 (6)2.3 RHAC和GQDs的制备 (6)2.4 RHAC-GQDs的制备 (6)2.5 电极制备和电池组装 (7)3 结果和讨论 (8)3.1 分析了RHAC的比表面积和孔隙结构 (8)3.2 GQDs的拉曼光谱和荧光光谱分析 (8)3.3 红外光谱分析 (8)3.4 XRD分析 (8)3.5 扫描电镜分析 (9)3.6 循环伏安法测试分析 (9)3.7 恒流充放电试验分析 (9)3.8 电化学阻抗分析 (10)4 结论与展望 (12)4.1 结论 (12)4.2 主要创新点 (12)4.3 展望 (12)参考文献 (13)致谢............................................................................................ 错误!未定义书签。

摘要石墨烯由于其十分优异的电学、热学和机械性能及优良的透光率、比表面积大等优势而广泛的受到人们追捧。

尤其是在2004年成功制得稳定存在的石墨烯之后，更是兴起了一股研究石墨烯的潮流。

如何成本低廉、面积大、数量丰富、质量优异的制备石墨烯，并将其应用在实际生产中是研究人员努力的目标。

本文主要对这几年中一些改善的或新的石墨烯的制备方法以及其电化学性能做了综述，从中可以看到石墨烯在电学方面存在巨大的发展潜力。

石墨烯在电池中的应用要求与电化学性能改善策略

石墨烯在电池中的应用要求与电化学性能改善策略石墨烯是一种二维的碳材料，具有极高的导电性、热导性和力学强度，因此被广泛研究用于电池领域。

石墨烯在电池中的应用主要集中在锂离子电池和超级电容器等领域。

本文将探讨石墨烯在电池中的应用要求，以及一些提高其电化学性能的策略。

石墨烯在电池中的应用要求主要包括高能量密度、高功率密度、长循环寿命和低成本等方面。

首先，高能量密度是电池的核心性能之一。

石墨烯具有高比表面积和优异的电导率，可以提供更多的储存空间和导电路径，从而提高电极的能量密度。

其次，高功率密度是实现快速充放电的关键。

石墨烯的高导电性和热导性可以提供更快的离子和电子传输速率，从而实现高功率密度的要求。

此外，长循环寿命是电池的可持续发展的关键因素。

石墨烯的高力学强度可以提高电极的结构稳定性，延长电池的寿命。

最后，低成本是实际应用的一个重要要求。

石墨烯的可制备性、稳定性和可扩展性都需要进一步改进，以降低成本并实现工业化生产。

为了改善石墨烯在电池中的电化学性能，可以采取以下策略。

首先，优化石墨烯的制备方法。

目前，石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法和化学还原法等。

通过改进制备方法，可以提高石墨烯的质量和制备效率。

其次，改变石墨烯的结构和形貌。

石墨烯可以通过氧化、还原、掺杂或功能化等方法进行修饰，以改变其表面性质和化学活性。

这些改变可以提高石墨烯在电池中的电化学性能。

第三，构建石墨烯复合材料。

将石墨烯与其他材料（如金属氧化物、碳纳米管等）进行复合，可以充分利用各材料的优点，实现协同效应，提高电池的性能。

第四，设计石墨烯基电极结构。

石墨烯的二维结构可以为电极提供更大的比表面积和更好的离子传输通道。

通过调控电极结构，可以实现更高的能量密度和功率密度。

最后，开发新型电解质和界面材料。

石墨烯和电解质、电极之间的界面是电池性能的关键因素。

开发更好的电解质和界面材料，可以改善电池的循环寿命和安全性能。

综上所述，石墨烯在电池中的应用要求高能量密度、高功率密度、长循环寿命和低成本。

氧化石墨烯的性质和应用研究

氧化石墨烯的性质和应用研究氧化石墨烯是石墨烯的氧化衍生物，具有许多特殊的性质和应用。

下面从多个角度来论述氧化石墨烯的性质和应用研究。

一、结构和制备石墨烯是由一层碳原子组成的六角晶体结构，氧化石墨烯是将石墨烯表面的一些碳原子氧化而成。

氧化石墨烯具有高度的氧离子功能团，如羟基、羧酸基和环氧基等。

由于其结构的改变，其物化性质和功能发生了显著的变化。

氧化石墨烯可以通过多种方法制备，如化学氧化法、热氧化法、电化学法、微波辅助氧化法等。

其中，化学氧化法是较为常用的方法，通过在稀硫酸和硝酸混合液中长时间处理石墨烯，可以制备出大量的高质量氧化石墨烯。

二、物理和化学性质氧化石墨烯具有多种特殊的物理和化学性质，其中最显著的是其导电性的变化。

由于氧化的存在，氧化石墨烯比原始石墨烯更易于导电，甚至可以做成导电薄膜等。

此外，氧化石墨烯也具有良好的机械性能，强度和韧性均有所提高。

从化学性质来看，氧化石墨烯表面带有大量羟基、羧酸基和环氧基等官能团，具有更强的亲水性和化学反应性能。

这种化学性质使氧化石墨烯可以用于吸附剂、催化剂、荧光探针和生物传感器等领域。

三、应用研究1.电化学电容器：氧化石墨烯具有高表面积、优异的电导性和稳定性，可以制成电化学电容器。

与传统的电解质电容器相比，氧化石墨烯电容器能够实现高达几倍的能量储存密度和功率密度，成为新一代高效能量存储器件的研究热点。

2.传感器：氧化石墨烯具有超高灵敏度、快速响应和良好的机械强度，可以应用到化学传感、生物传感和汽车碰撞传感器等领域。

例如，在传统的生物传感器中，常用的荧光探针是有机分子和量子点，但由于它们的局限性，使得探测机理不明确，难以满足现实应用需求。

而氧化石墨烯生物传感器具有优越的性能，可以实现更精准的生物分析。

3.吸附剂和催化剂：氧化石墨烯可用于空气净化、废水处理、化学品分离、催化还原和合成等方面。

例如，将氧化石墨烯按一定比例混入电极材料中，可提高电极的活性，用于污水的电化学处理；用氧化石墨烯制成的新型芳香酮材料，在催化还原的过程中表现出较高的选择性和活性。

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ＡｂｓｔｒａｃｔＡｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｏｒｏｕｓｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅｍａｔｅｉｒｌ，ｎａａｍｅｄａｓＭＷＲＧＯ，ｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｍｉｃｒｏｗａｖｅａｓｓｉｓｔｅｄｒｅｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｕｓｉｎｇｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅｓｏｌｓａｓｐｒｅｃｕｒｓｏｒ．ＴｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆＭＷＲＧＯｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｐｏｗｄｅｒＸ —ｒａｙｄｉｆｆｒａｃ．
第２９卷

学
学
报
Ｖ０１．２９ＮＯ．１
Ｍａｒ．２０１７
２０１７年３月
ＪｏｕｎａｒｌｏｆＴａｒｉｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
文章编号：１００９— ０５６８（２０１７）０１— ０１１８— ０８
文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９— ０５６８．２０１７．０１．０１８中图分类号：ＴＱ１５２
ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣａｐａｃｉｔｉｖｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆＧｒａｐｈｅｎｅＭａｔｅｒｉａｌＰｒｅｐａｒｅｄｂｙ
ａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅ，ＴａｒｉｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ａｌａｒ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ８４３３００）
Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ— — ＡｓｓｉｓｔｅｄＲｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆＧｒａｐｈｅｎｅＯｘｉｄｅ
ＬｉａｎｇＰｅｎｇｊｕＴａｎｇＣｈａｏｆａｎｇＷａｎｇＳｕｌｉｎｇＬｉｕＴｉｎｇｔｉｎｇＭａＨｏｎｇｋｕｎＪｉａｎｇＪｉａｎｈｕｉＺｅｎｇＨｏｎｇ（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇｉｎＳｏｕｔｈＸｉｎｊｉａｎｇ／ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈｅｍｉｓｔｙｒ
射（ＸＲＤ）、傅里叶变换红外光谱（ＦＩ — ＩＲ）、场发射扫描电镜（ＦＥＳＥＭ）和透射电镜（ＴＥＭ）对ＭＷＲＧＯ的结构和形貌性质进行了表征，并将其作为超级电容器的电极材料在三电极体系中进行超电容性能测试。结果表明，微波辐射能有效还原氧化石墨，所得ＭＷＲＧＯ具有石墨烯纳米片相互交联的多孔三维网状结构。ＭＷＲＧＯ电极材料具有较高的电化学电容性能，在电流密度为１Ａ／ｇ、电位窗口为一１～０Ｖ时，单电极比电容高达２６５Ｗｇ。关键词石墨烯；多孔材料；微波还原；比电容
微波还原氧化石墨烯及其电化学电容性能研究
梁鹏举唐朝芳王素玲刘廷廷马洪坤姜建辉曾红
（塔里木大学生命科学学院化学化工系／南疆化工重点实验室，新疆阿拉尔８４３３００）
摘要以氧化石墨溶胶为前驱体，利用微波加热辅助还原法制备了三维多孔还原氧化石墨烯材料（ＭＷＲＧＯ）。通过Ｘ射线衍