第36卷第7期 北京科技大学学报 Vol.36 No.7 2014年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jul.2014 石墨烯的制备及其超级电容性能 张 勇2)四，陈腾飞”，张建》，黄淑荣，高海丽”，王力臻”，宋延华12， 张林森”，李晓峰” 1)郑州轻工业学院材料与化学工程学院，郑州4500022)河南省表界面科学重点实验室，郑州450002 3)中航飞机股份有限公司汉中飞机分公司机械动力公司，汉中7232154)中航飞机股份有限公司汉中飞机分公司精修站，汉中723215 ☒通信作者，E-mail:zy@zuli.edu.cn 摘要以鳞片石墨为原料，采用化学氧化还原法制备了高品质的石墨烯.借助X射线衍射分析、扫描电子显微镜和透射电 子显微镜观察、氮气吸附一脱附实验、恒流充放电实验、循环伏安法和交流阻抗谱技术对石墨烯的结构、形貌、表面性能和超级 电容性能进行了系统研究.X射线衍射、扫描电镜和透射电镜结果表明，石墨烯整体上呈现无序结构，外观具有蓬松、透明的 薄纱状及本征性皱褶，其BET比表面积为14.2m2·g,总孔容为0.06cm·gl,平均孔径为17.3nm.交流阻抗谱测试结果表 明，石墨烯电极具有较小的阻抗，其等效串联电阻为0.16，电荷传递电阻为0.55Ω.恒流充放电和循环伏安测试结果显示： 石墨烯电极具有良好的功率特性和循环稳定性，电容特征显著.在2、5、10和20mV·s扫描速度下的放电比电容分别为123、 113、101和89Fg:即使是50mVg的高扫速，放电比电容仍可达69Fg. 关键词石墨烯：无序结构：制备：电化学行为：电容器 分类号TM533 Preparation and supercapacitive performance of high-quality graphene material ZHANG Yong,CHEN Teng fei,ZHANG Jian,HUANG Shu-rong,GAO Hai-i,WANG Li-zhen,SONG Yan-hua) ZHANG Lin-sen,LI Xiao-feng" 1)Department of Materials and Chemical Engineering,Zhengzhou University of Light Industry,Zhengzhou 450002,China 2)Henan Provincial Key Laboratory of Surface &nterface Science,Zhengzhou 450002,China 3)Mechanical Power Company,AVIC Aireraft Corporation Hanzhong Aireraft Company,Hanzhong 723215,China 4)Refined Station,AVIC Aireraft Corporation Hanzhong Aircraft Company,Hanzhong 723215,China Corresponding author,E-mail:zy@zzuli.edu.cn ABSTRACT High quality graphene material was prepared from flake graphite by chemical oxidation-reduction process.Its micro- structure,morphology,surface properties and supercapacitive performance were characterized by X-ray diffraction (XRD)analysis, scanning electron microscopy (SEM),transmission electron microscopy (TEM),Brumauer-Emmett-Teller (BET)analysis,galvanos- tatic charge/discharge test,cyclic voltammetry (CV),and electrochemical impedance spectroscopy (EIS).XRD results show that the crystal structure of the graphene is amorphous.SEM and TEM images show that the graphene plays flake-ike shapes with wrinkles and ripples.Moreover,the graphene has porous structure with a BET specific surface area of 14.2m2g,total pore volume of 0.06 cm g,and average pore diameter of 17.3nm.EIS results show that the graphene electrode has a smaller impedance,the equivalent se- ries resistance is 0.16n,and the charge transfer resistance is 0.55 Galvanostatic charge/discharge test and CV analysis indicate that the graphene exhibits enhanced capacitance,high current charge/discharge characteristics,and stable cycle life as a supercapaci- tor electrode.It delivers the discharge specific capacities of 123,113,101 and 89F.gat the scan rates of 2,5,10,and 20 mV. s,respectively.Even though the scan rate is 50mVs,the discharge specific capacity retains 69Fg. KEY WORDS graphene:amorphous structure:preparation:electrochemical behavior;capacitors 收稿日期：20130508 基金项目：河南省高校科技创新人才支持计划资助项目(2012 HASTIT022):国家级大学生创新创业训练计划项目(201210462024)：郑州轻工 业学院研究生科技创新基金资助项目(01013) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.012:http://journals.ustb.edu.cn第 36 卷 第 7 期 2014 年 7 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 7 Jul． 2014 石墨烯的制备及其超级电容性能 张 勇1，2) ，陈腾飞1) ，张 建3) ，黄淑荣4) ，高海丽1) ，王力臻1) ，宋延华1，2) ， 张林森1) ，李晓峰1) 1) 郑州轻工业学院材料与化学工程学院，郑州 450002 2) 河南省表界面科学重点实验室，郑州 450002 3) 中航飞机股份有限公司汉中飞机分公司机械动力公司，汉中 723215 4) 中航飞机股份有限公司汉中飞机分公司精修站，汉中 723215  通信作者，E-mail: zy@ zzuli． edu． cn 摘 要 以鳞片石墨为原料，采用化学氧化还原法制备了高品质的石墨烯． 借助 X 射线衍射分析、扫描电子显微镜和透射电 子显微镜观察、氮气吸附--脱附实验、恒流充放电实验、循环伏安法和交流阻抗谱技术对石墨烯的结构、形貌、表面性能和超级 电容性能进行了系统研究． X 射线衍射、扫描电镜和透射电镜结果表明，石墨烯整体上呈现无序结构，外观具有蓬松、透明的 薄纱状及本征性皱褶，其 BET 比表面积为 14. 2 m2 ·g － 1，总孔容为 0. 06 cm3 ·g － 1，平均孔径为 17. 3 nm． 交流阻抗谱测试结果表 明，石墨烯电极具有较小的阻抗，其等效串联电阻为 0. 16 Ω，电荷传递电阻为 0. 55 Ω． 恒流充放电和循环伏安测试结果显示: 石墨烯电极具有良好的功率特性和循环稳定性，电容特征显著． 在 2、5、10 和 20 mV·s － 1扫描速度下的放电比电容分别为 123、 113、101 和 89 F·g － 1 ; 即使是 50 mV·s － 1的高扫速，放电比电容仍可达 69 F·g － 1 ． 关键词 石墨烯; 无序结构; 制备; 电化学行为; 电容器 分类号 TM 533 Preparation and supercapacitive performance of high-quality graphene material ZHANG Yong1，2)  ，CHEN Teng-fei1) ，ZHANG Jian3) ，HUANG Shu-rong4) ，GAO Hai-li1) ，WANG Li-zhen1) ，SONG Yan-hua1，2) ， ZHANG Lin-sen1) ，LI Xiao-feng1) 1) Department of Materials and Chemical Engineering，Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou 450002，China 2) Henan Provincial Key Laboratory of Surface !Interface Science，Zhengzhou 450002，China 3) Mechanical Power Company，AVIC Aircraft Corporation Hanzhong Aircraft Company，Hanzhong 723215，China 4) Ｒefined Station，AVIC Aircraft Corporation Hanzhong Aircraft Company，Hanzhong 723215，China  Corresponding author，E-mail: zy@ zzuli． edu． cn 收稿日期: 2013--05--08 基金项目: 河南省高校科技创新人才支持计划资助项目( 2012HASTIT022) ; 国家级大学生创新创业训练计划项目( 201210462024) ; 郑州轻工 业学院研究生科技创新基金资助项目( 01013) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 07． 012; http: / /journals． ustb． edu． cn ABSTＲACT High quality graphene material was prepared from flake graphite by chemical oxidation-reduction process． Its micro￾structure，morphology，surface properties and supercapacitive performance were characterized by X-ray diffraction ( XＲD) analysis， scanning electron microscopy ( SEM) ，transmission electron microscopy ( TEM) ，Brumauer-Emmett-Teller ( BET) analysis，galvanos￾tatic charge / discharge test，cyclic voltammetry ( CV) ，and electrochemical impedance spectroscopy ( EIS) ． XＲD results show that the crystal structure of the graphene is amorphous． SEM and TEM images show that the graphene plays flake-like shapes with wrinkles and ripples． Moreover，the graphene has porous structure with a BET specific surface area of 14. 2 m2 ·g － 1，total pore volume of 0. 06 cm3 ·g － 1，and average pore diameter of 17. 3 nm． EIS results show that the graphene electrode has a smaller impedance，the equivalent se￾ries resistance is 0. 16 Ω，and the charge transfer resistance is 0. 55 Ω． Galvanostatic charge / discharge test and CV analysis indicate that the graphene exhibits enhanced capacitance，high current charge / discharge characteristics，and stable cycle life as a supercapaci￾tor electrode． It delivers the discharge specific capacities of 123，113，101 and 89 F·g － 1 at the scan rates of 2，5，10，and 20 mV· s － 1，respectively． Even though the scan rate is 50 mV·s － 1，the discharge specific capacity retains 69 F·g － 1 ． KEY WOＲDS graphene; amorphous structure; preparation; electrochemical behavior; capacitors