功能化部分还原氧化石墨烯的制备及电化学性能研究
石墨烯优异的比表面积、导电性、化学稳定性等特性使其非常适合作为双电层电容器电极材料使用。但是由于石墨烯无法避免的片层团聚和相对较低的比电容等问题限制了其在超级电容器领域的应用。
氧化石墨烯（GO）表面含有大量的含氧官能团这些官能团可以通过法拉第反应提高材料的赝电容但是氧化石墨的电导率值太低无法作为电极材料使用。因此本论文使用少量含氨基的有机化合物在水热条件下对GO进行了部分还原和功能化改性使材料同时具有双电层电容和赝电容机制获得了较高的电化学性能。
具体研究内容与研究结果如下（1）分别使用极少量的14丁二胺和苯乙胺作为还原剂、氮源以及形貌调节剂与GO在水热条件下反应制备了有机胺功能化部分还原氧化石墨烯材料并研究了其电化学性能。结果表明少量有机胺制备的样品具有三维网状结构其孔径随着有机胺用量的增大而增大。
由14丁二胺制备的样品和由苯乙胺制备的样品都具有较大的比表面积和良好的孔径结构因而展现出了良好的双电层电容性能在1MNasub2subSOsub4sub电解液中当电流密度为03Agsup1sup时其比电容分别达到了1064Fgsup1sup和1066Fgsup1sup样品表面保留的大量的酸性含氧官能团和引入的少量含氮官能团可以提高材料的亲水性、电导率和赝电容。因此在6MKOH电解液中由14丁二胺制备的样品和由苯乙胺制备的样品在电流密度为03Agsup1sup时的比电容则分别高达2688Fgsup1sup和2641Fgsup1sup同时其能量密度也分别达到了93Whkgsup1sup和92Whkgsup1sup经过10000
f次在10Agsup1sup下的充放电测试后其比电容值分别为初始值的10103和10185。
（2）分别使用少量的对氨基苯酚和三羟甲基氨基甲烷作为反应的前驱体成功的制备出了酚羟基和醇羟基功能化的部分还原氧化石墨烯材料。酚羟基和醇羟基功能化后样品的形貌和孔径结构都得到了改善。
在1MNasub2subSOsub4sub溶液中的电化学分析结果表明由对氨基苯酚制备的样品具有更高的亲水性和更大的比表面积以及更高的电导率因而其电容性能比较好而醇羟基功能化的样品则拥有更加稳定的孔径结构因而其具有更好的循环稳定性。样品在6MKOH电解液中的电化学分析结果表明化学活性较强的酚羟基功能化的样品展现出了非常好的比电容性能和较高的能量密度当电流密度为03Agsup1sup时其比容量和能量密度值分别达到了2841Fgsup1sup和99Whkgsup1sup远远的大于目前商用的超级电容r