三维多孔石墨烯复合材料的气泡模板制备方法及其电化学性能研究材料物理与化学专业论文.docxVIP

东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名：垄嗵 吼丝堕：!!：兰墨 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在必威体育官网网址期内的必威体育官网网址论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文 的公布(包括以电子信息形式刊 研究生签名： 枷秭导师签名：施杉 万方数据 摘要石墨烯具有超大比表面积、良好的导电性以及优异的化学／电化学稳定性，是电子器 摘要 石墨烯具有超大比表面积、良好的导电性以及优异的化学／电化学稳定性，是电子器 件、电化学催化和能量储存及转化等应用领域理想的电极材料。然而由于石墨烯片层之 间的兀．7c相互作用，石墨烯之间容易发生堆叠现象，从而减小石墨烯材料的比表面积和 导电性，限制了其作为电极材料的应用。将具有纳米尺寸的二维石墨烯组装成高级有序 的三维结构，不仅可以极大保留石墨烯的各种优异性能，还可以通过调控其结构和形貌 获得更多的功能和应用。本论文以石墨烯的三维组装及其电化学性能研究为主题，以氧 化石墨烯作为基本构筑单元，通过气泡模板法先后构筑具有三维多孔结构的还原石墨烯、 石墨烯／聚吡咯、氮掺杂石墨烯组装体，探索了组装机制并研究了它们在超级电容器和电 化学催化氧还原应用中的电化学性质。主要研究内容和结果如下： (1)以溶液中的氢气泡作为软模板，通过在不同的导电基片上电化学还原沉积制备 了具有三维多孔结构的还原石墨烯电极材料，探索了在氢气泡导向下三维多孔石墨烯组 装体的形成机制，探索了沉积时间、沉积电压、表面活性剂的浓度对于该三维多孔石墨 烯组装体结构和形貌的影响。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、电 化学等表征手段，研究了三维石墨烯的还原程度、结构组成以及电化学性质。 (2)以第一个工作制备得到的三维大孔石墨烯电极作为工作电极，电化学聚合吡咯， 制备石墨烯／聚吡咯三维多孔复合材料。复合材料中石墨烯／聚吡咯的含量比可以通过改 变电化学聚合时间进行调控。由于石墨烯的三维导电框架，石墨烯／聚吡咯复合材料在超 级电容器性能测试中展现出了大的面积比电容(196 mF／cm2，1 mA／cm2)以及快速充放 电的能力。将该复合材料电极成功的组装成器件，可以使商用的红色LED灯发光。 (3)将第二个工作得到的石墨烯／聚吡咯复合材料进行高温煅烧，制备具有三维多孔 结构的氮掺杂石墨烯材料，石墨烯材料中氮元素含量和形式可由煅烧温度控制。制备得 到的氮掺杂三维多孔石墨烯可以作为电化学催化氧还原反应的催化剂。其中，800 oC温 度下煅烧的氮掺杂石墨烯在氧还原催化反应中遵循四电子转移过程，具有最大电流密度 (5．56 mA／cm2)和最正初始电位f．0．132 V VS Ag／AgCl)。 关键词：气泡模板，石墨烯电极，石墨烯／聚吡咯，氮掺杂，电化学 万方数据 东南大学硕上学位论文Abstract 东南大学硕上学位论文 Abstract Graphene has been widely studied for applications such as catalyst，energy,detection， electron device and energy storage due to its special two dimensional structure and outstanding physical chemical properties．However，hydrogen bonds and Van der Waals force of graphene layers make it easy to stack,which limits its application scope．Therefore，it is important that the 2D nanoscale graphene Can be self-assembled into order macrostructure， obtaining the regulated structure and mo