發(fā)布時間：2020-11-10 13:40

　　 1991年,發(fā)現(xiàn)多壁碳納米管(MWCNT)后,在世界范圍內(nèi),迎來繼C60之后再一次以碳材料為焦點的研究熱潮。一維的碳納米管(CNT)具有中空結(jié)構(gòu)和大比表面積,其力學性能及導(dǎo)電性能良好,所以它激起了學者們的興趣。在各個領(lǐng)域的應(yīng)用前景都甚是廣闊。二維的石墨烯(G)質(zhì)量輕盈,電學性能突出,導(dǎo)熱性好,比表面積大,以獨特性能吸引了研究者們的目光,且在先進材料與器件中被廣泛運用。雖然G和CNT電學和力學性質(zhì)相似,但兩者結(jié)構(gòu)不同也導(dǎo)致兩者有許多不同之處。G片層垂直方向上電荷傳輸和電解質(zhì)擴散效率低,CNT的曲率半徑較小,活性物質(zhì)在CNT上很難實現(xiàn)高密度負載,很容易形成很多邊界阻礙電荷的快速運輸。因此它們在儲能材料中的應(yīng)用受到了限制。所以,選擇合適的方法彌補兩者的缺陷,解決材料的不足,是我們考慮的方向。制備出三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)材料,不但能夠提高材料比表面積,同時還能改良其電化學性能,也能用其制備出滿足電化學超級電容器(electrochemical supercapacitor,ESC)需求的性能優(yōu)越的電極。本論文中,以CNT、G和兩者復(fù)合材料為主要研究對象,制備成ESC電極。測試并分析材料成分,了解其內(nèi)部孔洞結(jié)構(gòu),觀察微觀形貌,表征電化學性能。表征方法包括:X-射線衍射(X-ray diffraction,XRD)、激光拉曼光譜(laser Raman spectroscopy,Raman)、掃描電子顯微鏡(scanning electronic microscopy,SEM)、氮氣吸脫附分析等;電化學性能的表征方法包括:恒電流充放電測試、循環(huán)伏安測試、阻抗分析等。具體研究內(nèi)容如下:1.先對碳納米管(CNT)進行羧酸化處理,再采用回流—抽濾方法,制備得到CNT宏觀體前驅(qū)體。二次生長CNT后制備得到具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的碳納米管宏觀體(CNTNWS),表征材料的電化學性能,分析實驗數(shù)據(jù)可知,CNTNWS的電化學性能更優(yōu),其比容量可達到118F/g,且具有良好的穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。2.以泡沫鎳為基底,采用氣相沉積法(CVD)結(jié)合浸漬法,在制備的G表面生長CNT得到宏觀體碳納米管/石墨烯(CNT/G),觀察其形貌,將其組裝成模擬ESC電極,進行電化學相關(guān)性能的測試。分析對比可知,CNT/G有著更優(yōu)異的電化學性能,比電容達104.44 F/g,且電阻較低,穩(wěn)定性和循環(huán)壽命良好。3.部分氧化剝離CNT得到碳納米管/氧化石墨烯(CNT/GO),再經(jīng)過抗壞血酸(L-ascorbic acid,LAA)還原,凍干后得到宏觀體——碳納米管/還原氧化石墨烯(CNT/RGO),并對其進行電化學性能表征。實驗數(shù)據(jù)結(jié)果表明,CNT/RGO的電化學性能有著很大的改善,其比電容達到.128F/g,穩(wěn)定性和循環(huán)壽命良好。
【學位單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TQ127.11;TB383.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 碳納米管
        1.1.1 碳納米管種類及結(jié)構(gòu)
        1.1.2 碳納米管的性質(zhì)及其應(yīng)用
    1.2 石墨烯
        1.2.1 石墨烯簡介
        1.2.2 石墨烯制備方法
        1.2.3 石墨烯的應(yīng)用
    1.3 碳納米管/石墨烯復(fù)合材料
        1.3.1 碳納米管/石墨烯復(fù)合材料簡介
        1.3.2 碳納米管/石墨烯復(fù)合材料的組裝
        1.3.3 碳納米管/石墨烯復(fù)合材料儲能應(yīng)用的實例
    1.4 碳納米材料宏觀體
        1.4.1 碳納米材料宏觀體簡介
        1.4.2 碳納米材料宏觀體的分類
    1.5 超級電容器簡介
    1.6 本論文的設(shè)計思路及主要工作
        1.6.1 本論文的設(shè)計思路
        1.6.2 本論文的主要工作
第2章 實驗部分
    2.1 實驗藥品及儀器
    2.2 超級電容器模具的設(shè)計
    2.3 電極材料的制備
    2.4 超級電容器的組裝
    2.5 材料的表征及性能測試
        2.5.1 掃描電鏡分析（SEM）
2吸脫附測試'>        2.5.2 N₂吸脫附測試
        2.5.3 X射線衍射分析（XRD）
        2.5.4 電化學性能測試
        2.5.5 拉曼光譜測試
第3章 碳納米管宏觀體（CNTNWS）的制備及其儲能性能
    3.1 引言
    3.2 實驗
        3.2.1 CNTNWS-p的制備:
        3.2.2 CNTNWS的制備:
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 樣品的形貌分析
2吸脫附測試'>        3.3.2 N₂吸脫附測試
        3.3.3 循環(huán)伏安測試
        3.3.4 恒電流充放電測試
        3.3.5 循環(huán)穩(wěn)定性分析
        3.3.6 阻抗分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 碳納米管/石墨烯宏觀體（CNT/G）的制備及其儲能性能
    4.1 引言
    4.2 實驗
        4.2.1 G的制備
        4.2.2 CNT/G的制備
    4.3 實驗結(jié)果與討論
        4.3.1 G和CNT/G的形貌分析
        4.3.2 G和CNT/G的Raman分析
2吸脫附測試'>        4.3.3 G和CNT/G的N₂吸脫附測試
        4.3.4 G和CNT/G的循環(huán)伏安測試
        4.3.5 G和CNT/G的恒電流充放電測試
        4.3.6 G和CNT/G的循環(huán)穩(wěn)定性分析
        4.3.7 G和CNT/G的阻抗分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 碳納米管/石墨烯宏觀體（CNT/RGO）的制備及其儲能性能
    5.1 引言
    5.2 實驗
        5.2.1 CNT/GO的制備
        5.2.2 CNT/RGO宏觀體的制備
    5.3 實驗結(jié)果及討論
        5.3.1 CNT和CNT/RGO的形貌
        5.3.2 CNT、CNT/GO和CNT/RGO的XRD分析
        5.3.3 CNT和CNT/RGO的Raman分析
2吸脫附測試'>        5.3.4 CNT和CNT/RGO的N₂吸脫附測試
        5.3.5 CNT和CNT/RGO的循環(huán)伏安測試
        5.3.6 CNT和CNT/RGO的恒電流充放電測試
        5.3.7 CNT和CNT/RGO的循環(huán)穩(wěn)定分析
        5.3.8 CNT和CNT/RGO的交流阻抗分析
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表論文與申請專利

【參考文獻】

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1 楊全紅;呂偉;楊永崗;王茂章;;自由態(tài)二維碳原子晶體—單層石墨烯[J];新型炭材料;2008年02期

2 米萬良,林躍生,張寶泉,李永丹,蔣海洋;取向碳納米管制備方法及其應(yīng)用進展[J];化學進展;2004年06期

3 曾令可,曹建新,王慧,劉平安;硬硅鈣石—SiO_2復(fù)合納米孔超級絕熱材料[J];陶瓷學報;2004年02期

本文編號：2877994