本科毕业论文- 石墨烯 电化学还原 超级电容器 聚苯胺 离子液体

1、大学本科毕业论文本科毕业论文题 目： 电化学还原制备石墨烯及其应用 英文题目：Electrochemical reduction of graphene and its application院 系： 化学与材料科学学院 作者姓名： 韦微义 学号： PB11206006 导师姓名： 皇甫天 教授 完成时间： 二二一年五月 致谢当校旗再次飘扬在头顶，当阳光灿烂，汗流浃背时，四年的大学生活即将结束。偶尔路过二娇，可以看到微积分的2321，樱花大道附近的春、夏、秋、冬，空旷楼顶上的雪，588房间里的青春，坐在图书馆前的一个小亭子里，看到年幼的学生手里拿着书，匆匆回顾着在大学的岁月，我感慨万千。写完论文后，我在这个实验室里呆了两年。我记得我第一次来这里的时候，我们还在微型建筑里。之后发生的很多事情，和大家一样，都很难忘记。从移动实验室开始，到冬天结束，我都站在烤箱边上制作气泡膜和气体传感器。从新学期开始，我晚上有点忙。六月，我送别了师兄。后来我上了大四，完成了我的实验。今天，我来来往往。感谢黄婉婷过去两年的教导。在过去的两年里，她给了我自由发挥和支持我的探索空间。像一个长者，他让我不受约束，敢

2、于展示自己。他在实验的许多方面给了我很大的帮助。作为一名家庭教师，他在我的大学经历中扮演着重要的角色。多谢潘多彩师兄。很遗憾，我只有一年时间和你一起学习。谢谢你带我开始，教我很多操作技巧和思维方法一起完成几个项目，直接帮助我成长。现在我打开初次报告，天真却充满希望。感谢在实验室工作了两年的所有学生和朋友，文强博士，丘陵师兄，唐景师兄，齐晓师姐，振亚师兄，观花师姐，体涛师兄，乐志师兄，刘乐姐师兄、李豪师兄、志豪师兄、政师兄，感谢俊豪师兄和宋雨一起做石墨烯工程。感谢我的室友们，他们一起度过了四年的本科教育，分享了快乐和悲伤。感谢共度青春的同学，祝你们前程似锦。也感谢所有教过我们的老师。感谢您在许多方面提供的信息和无私的帮助，使我的目光不局限于校园，对世界有了更深的了解。最后，我要感谢我的父母。世界上最大的仁慈是父母的仁慈。在人生最美好的岁月里，我们即将踏上新的征程。故事还在这里，感谢！目录摘要4Abstract5第一章 前言61.1 石墨烯材料及其在能源方面的应用 61.2 石墨烯基电极材料的制备 71.2.1 通过化学还原氧化石墨烯制备石墨烯基电极材料 71.2.2 通过氧化石墨烯的热还

3、原法制备石墨烯基电极材料 91.2.3 通过基于石墨烯的水凝胶法制备石墨烯基电极材料121.2.4 通过插层-石墨烯基片材制备石墨烯基电极材料 131.3 课题的提出与目的17第二章 石墨烯的电化学还原和应用 182.1 引言 182.2 实验原理 182.3 实验部分 18 2.3.1 实验试剂18 2.3.2 样品的制备18 2.3.3 仪器和表征192.4 结果与分析 19 2.4.1 自支撑聚苯胺-石墨烯复合膜的性能19 2.4.2 离子液体中石墨烯材料的电化学还原与超级电容器材料制备 232.5 总结与展望 27摘要由于氧化石墨烯具有良好的水分散性、加工性和大规模制备性能，因此从氧化石墨烯到石墨烯的路线具有重要意义。在众多的氧化石墨烯还原法中，高温热还原法和溶剂热还原法对温度有较高的要求。化学还原剂，如N2H4、HI等人，通常有毒、有腐蚀性、易残留、难清洗。在这里，我们采用电化学还原的方式，高效、快速地减少氧化石墨烯的产品，绿色、温和、生物友好，可以大规模制备。本实验在前人研究成果的基础上，制备了自支撑聚苯胺石墨烯半透明薄膜，并对其光学和电学性能进行了研究。然后，探索了离子液

4、体氧化石墨烯的电化学还原过程，比较了离子液体氧化石墨烯和水溶液的不同电化学还原性能，提出了提高石墨烯材料超级电容器性能的方法。关键词：石墨烯 电化学还原 超级电容器 聚苯胺 离子液体AbstractDue to the great dispersion in water, easy processing and the possibility of large-scale preparation of graphene oxide, the road, obtaining graphene by graphene oxide is of great significance. There are many method of the graphene oxide reduction. The high temperature thermal reduction and solvothermal reduction have higher requirement on temperature. Chemical reducing agents, such as hydrazine and

5、 hydrogen iodide, are usually poisonous, corrosive, and left easily, hard cleaning. Here, we use electrochemical reduction to produce graphene architecture from graphene oxide, which is rapid, mild, green, bio-friendly and can work in large-scale.In this experiment, based on our previous research results, we prepared the free-standing polyaniline (PANI) - graphene translucent thin film, and the optical, electrical properties were explored. After this, we explore the electrochemical reduction pro

6、cess of graphene oxide in ionic liquid, compare the different performance of graphene oxide electrochemical reduction in ionic liquids and in aqueous. Finally, a new method to enhance the supercapacitor properties of graphene is presented.Keywords: Graphene Polyaniline Electrochemical reduction Supercapacitor Ionic liquid 第一章前言1.1石墨烯材料及其在能源中的应用石墨烯作为一种单原子厚的二维单层sp2键合碳材料，由于其独特的结构性能，被认为是构建其他三维碳材料的基础结构材料，石墨烯具有一系列优异的化学和物理性能，如高的机械强度（1TPA），4,5非常高的导电性和热导率，6-8和巨大的表面积（2675m2/g），9可以与单一的多壁碳纳米管相比，甚至更好。这些优异而有趣

7、的功能使石墨烯成为一种广泛使用的碳材料，有望在各种实际应用中得到应用，包括高性能纳米复合材料，10-12透明导电膜，6,7,13-16传感器，17,18驱动器，19-22纳米电子学，23，24和储能装置值得注意的是，利用石墨烯作为超级电容器的电极材料，由于其优异的机电性能和较大的比表面积，已经成为清洁能源设备领域大量研究的热点。新型、低成本、环保、高性能的储能系统的研究越来越受到人们的重视，超级电容器又称电化学电容器，30,31具有高倍率性能、长循环寿命等优点，是替代现有储能装置的一个很有希望的候选者，结构简单，维护成本低。31-34与传统的介质电容器相比，超级电容器可以存储更高的比能量密度，但其结构与传统电容器相似。不同的是，多空电极取代了传统的金属电极。此外，其他电源，如电池和燃料电池，可以由超级电容器补充，因为它们的循环寿命长，因此能够在高功率密度下快速充放电，超级电容器在诸如备用能源系统、便携式设备和电气/电子应用等方面引起了科学家和工程师的极大关注33,34,3638事实上，根据不同的储能机制，超级电容器可分为两类：电化学双电层电容器和伪电容器，39，40一般来说，多孔碳材料

8、如活性炭，41，20干凝胶，43碳纳米管（CNT），44-47指孔坦，48碳化物，衍生碳，49已在双电层电容器用作电极。广泛的探索表明，为了使双电层电容器具有优异的性能，碳基材料的以下因素至关重要：比表面积（SSA）、电导率、孔径和分布。在大多数情况下，尽管多孔碳基材料具有高导电性，但其低导电性限制了其在高功率密度超级电容器中的应用50碳纳米管，尽管其高导电性和大容量，是基于CNT，这可能是由于电极和电容器之间的接触电阻造成的。另外，制备成本高限制了它在超级电容器中的应用。因此，我们仍在大力开发新型碳基超级电容器电极材料，以获得更高的性能。幸运的是，石墨烯的出现为双电层电容器过去的电极材料提供了一个很好的替代品。与传统的多孔碳材料相比，石墨烯具有很高的导电率、较大的比表面积和丰富的三明治结构。因此，基于石墨烯的材料可能在超级电容器中有很好的应用27与双电层电容器不同，伪电容器通过法拉第过程储存能量，该过程涉及电解质和电活性材料电极表面之间的快速可逆氧化还原反应。与双电层电容器相比，伪电容器可以获得更高的伪电容。但仍存在着导电性差、结构稳定性差、电子传输能力差等问题。因此，为了解决这些问题，通常采用高导电性、大尺寸的碳基材料作为骨架材料，与伪电容器电极的活性材料相结合。石墨烯具有导电率高、机械强度高等优良性能，被认为是制备准电容电极最合适的衬底材料之一。1.2 石墨烯基电极材料的制备1.2.1 通过

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