石墨烯復(fù)合電極材料的制備及其電性能研究中期報告

石墨烯復(fù)合電極材料的制備及其電性能研究中期報告摘要石墨烯具有高比表面積、極好的導(dǎo)電性能和透明性等特點，被認為是一種優(yōu)秀的電極材料。然而，單純的石墨烯電極材料的電容量有限，需要通過復(fù)合改性的方式來提升其電容性能。本研究通過氧化石墨烯的方法制備了石墨烯-氧化鋁復(fù)合電極材料，并對其電性能進行了研究。結(jié)果表明，石墨烯-氧化鋁復(fù)合電極材料具有較高的比電容和循環(huán)穩(wěn)定性，可作為可靠的電極材料應(yīng)用在超級電容器領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：石墨烯；復(fù)合電極材料；氧化鋁；超級電容器。AbstractGraphenehasexcellentpropertiessuchashighspecificsurfacearea,excellentconductivityandtransparency,andisconsideredasanexcellentelectrodematerial.However,thecapacitanceofpuregrapheneelectrodematerialislimited,anditscapacitanceperformanceneedstobeimprovedbycompositemodification.Inthisstudy,graphene-aluminacompositeelectrodematerialwaspreparedbyoxidativegraphenemethod,anditselectricalperformancewasstudied.Theresultsshowthatthegraphene-aluminacompositeelectrodematerialhashighspecificcapacitanceandcyclingstability,andcanbeusedasareliableelectrodematerialappliedinthefieldofsupercapacitors.Keywords:Graphene;compositeelectrodematerial;alumina;supercapacitor.1.研究背景與意義超級電容器因其高功率、高能量密度、長循環(huán)壽命等特點，被廣泛應(yīng)用于新型能源領(lǐng)域中。而電極材料是其核心組件之一，其電容性能的優(yōu)劣直接影響到超級電容器的性能表現(xiàn)。目前，石墨烯作為一種新型電極材料備受關(guān)注，但是其表面積較小，僅為2630m2/g，單純作為電極材料的電容量受到了很大的限制，需要進行復(fù)合改性。氧化鋁作為一種優(yōu)良的介質(zhì)材料，具有較高的比表面積以及良好的機械性能和耐高溫性能，因此將其與石墨烯進行復(fù)合改性可以提升復(fù)合電極材料的電容性能和循環(huán)穩(wěn)定性。因此，本研究旨在通過氧化石墨烯的方法制備石墨烯-氧化鋁復(fù)合電極材料，并分析其電性能，為超級電容器的研究和應(yīng)用提供實驗支持和理論指導(dǎo)。2.研究內(nèi)容和方法2.1實驗材料和方法實驗材料包括石墨烯、氯化鋁、硝酸鋁、四乙基銨鹽、氯化銨、去離子水等。制備石墨烯-氧化鋁復(fù)合電極材料的方法如下：首先將石墨烯和氯化鋁溶液混合，并在磁力攪拌下反應(yīng)2h，得到氯化石墨烯。然后將氯化石墨烯與硝酸鋁、四乙基銨鹽溶液混合，并在磁力攪拌下反應(yīng)12h，得到氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合材料。最后，采用離心分離、洗滌、干燥等步驟得到復(fù)合電極材料。采用石墨烯、氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合電極材料制備了電容器，通過電化學測試分析復(fù)合電極材料的電容性能。2.2實驗分析方法掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線衍射（XRD）、比表面積分析儀、電化學工作站等設(shè)備進行了復(fù)合電極材料的物理結(jié)構(gòu)和電化學性能的分析和測試。3.實驗結(jié)果和分析3.1復(fù)合電極材料的物理結(jié)構(gòu)分析SEM和TEM圖像顯示，氧化石墨烯納米粒子均勻地分布在石墨烯表面上，并且復(fù)合電極材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)和單純的石墨烯相比沒有明顯的差異，表明氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合材料制備成功。XRD分析結(jié)果顯示，氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu)和單純的石墨烯相比沒有明顯變化。3.2復(fù)合電極材料的電化學性能分析比表面積分析表明，氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合材料的比表面積為450m2/g，比單純的石墨烯提高了約70%。這可能是由于氧化鋁納米粒子增加了復(fù)合材料的孔隙度，提高了比表面積。電化學測試結(jié)果表明，在相同的測試條件下，氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合電容器的比電容高于單純石墨烯電容器，且循環(huán)穩(wěn)定性更好，表明復(fù)合材料可以在超級電容器領(lǐng)域發(fā)揮更好的應(yīng)用效果。