·934 北京科技大学学报 第36卷 烯的典型结构类似.这是因为二维的薄膜结构需要 烯样品的层数为3~5层.图3(c)的选区衍射图 通过这种起伏的皱褶来有效减少体系的自由能，以 (SAED)表明，衍射环虽清晰但不能观察到明显的 维持其体系的热力学稳定性.光能很好地透过石墨 六角点阵衍射亮斑9，表明合成的产物为非单层石 烯片层，说明本文所获得的石墨烯层数是很薄的. 墨烯，与高分辨透射电镜观察结果一致，这也是化学 图3(b)的高分辨透射电镜照片进一步证实了石墨 还原法制备石墨烯的遗憾. (a) 6) 50 nm 图3石墨烯的透射电镜照片(a)、高分辨透射电镜照片(b)和选区衍射图(c) Fig.3 TEM image (a),HRTEM (b)image of graphene and SAED pattem (c)of the transparent region 图4分别给出了石墨烯样品在液氮温度下的 征，制备的石墨烯拥有丰富的孔状结构，总孔容为 吸附一脱附等温线和BH孔径分布曲线.由图4 0.06cm3·g-1,孔径在2.7、10.6和39.8nm出现三 (a)可知，根据IUPAC分类，整个N,吸附等温线呈个峰值，平均孔径为17.3nm.这种不同孔结构的 现出典型的Ⅳ型吸附曲线，在相对压力0.5~1.0 特殊性，使其大孔结构作为电解液储存池以减小 之间出现迟滞环，说明在该样品中存在大小不同浓差极化，相互连接的中孔结构提供快速的离子 的孔径0.经BET比表面积分析得，石墨烯的比 输运通道，小孔的高静电吸附容量赋予优异的电 表面积为14.2m2·g.由BJH法计算得到的孔径 化学储能活性，有利于显著提高石墨烯超级电容 分布（图4(）)比较直观地印证了等温曲线的特 器的容量和功率性能. 60a 0.0025 一吸附 50 一◆一脱附 0.0020 40 0.0015 30 0.000 0.D005 10 tw小人 02 0.40.6 0.8 1.0 10 100 相对压力pp 孔半径，ram 图4石墨烯的N2吸附-脱附等温线(a)和BJH孔径分布曲线(b) Fig.4 N2 adsorption/desorption isotherms (a)and BJH pore size distribution curve (b)of graphene 2.3氧化石墨的电化学性能 存在法拉第反应，主要为双电层上的电荷转移反 图5为石墨烯样品在200、400、600、800和1000 应；充电曲线与放电曲线基本呈现出典型的三角 mA·g电流密度下的恒流充放电曲线和循环性能 形对称分布，说明材料具有高的充放电效率及良 曲线.由图5(a)可知：在不同电流密度下，电压均 好的可逆性，体现出良好的电容器特性.另外 随时间呈良好的线性变化，说明电极表面基本不 还可发现，随着电流密度的增大，放电曲线上并没北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 烯的典型结构类似． 这是因为二维的薄膜结构需要 通过这种起伏的皱褶来有效减少体系的自由能，以 维持其体系的热力学稳定性． 光能很好地透过石墨 烯片层，说明本文所获得的石墨烯层数是很薄的． 图 3( b) 的高分辨透射电镜照片进一步证实了石墨 烯样品的层数为 3 ～ 5 层． 图 3 ( c) 的选区衍射图 ( SAED) 表明，衍射环虽清晰但不能观察到明显的 六角点阵衍射亮斑［19］，表明合成的产物为非单层石 墨烯，与高分辨透射电镜观察结果一致，这也是化学 还原法制备石墨烯的遗憾． 图 3 石墨烯的透射电镜照片( a) 、高分辨透射电镜照片( b) 和选区衍射图( c) Fig． 3 TEM image ( a) ，HＲTEM ( b) image of graphene and SAED pattern ( c) of the transparent region 图 4 分别给出了石墨烯样品在液氮温度下的 吸附--脱附等温线和 BJH 孔径分布曲线． 由图 4 ( a) 可知，根据 IUPAC 分类，整个 N2吸附等温线呈 现出典型的Ⅳ型吸附曲线，在相对压力 0. 5 ～ 1. 0 之间出现迟滞环，说明在该样品中存在大小不同 的孔径［20］． 经 BET 比表面积分析得，石墨烯的比 表面积为 14. 2 m2 ·g － 1 ． 由 BJH 法计算得到的孔径 分布( 图 4( b) ) 比较直观地印证了等温曲线的特 征，制备的石墨烯拥有丰富的孔状结构，总孔容为 0. 06 cm3 ·g － 1，孔径在 2. 7、10. 6 和 39. 8 nm 出现三 个峰值，平均孔径为 17. 3 nm． 这种不同孔结构的 特殊性，使其大孔结构作为电解液储存池以减小 浓差极化，相互连接的中孔结构提供快速的离子 输运通道，小孔的高静电吸附容量赋予优异的电 化学储能活性，有利于显著提高石墨烯超级电容 器的容量和功率性能． 图 4 石墨烯的 N2吸附--脱附等温线( a) 和 BJH 孔径分布曲线( b) Fig． 4 N2 adsorption / desorption isotherms ( a) and BJH pore size distribution curve ( b) of graphene 2. 3 氧化石墨的电化学性能 图 5 为石墨烯样品在 200、400、600、800 和 1000 mA·g － 1电流密度下的恒流充放电曲线和循环性能 曲线． 由图 5( a) 可知: 在不同电流密度下，电压均 随时间呈良好的线性变化，说明电极表面基本不 存在法拉第反应，主要为双电层上的电荷转移反 应; 充电曲线与放电曲线基本呈现出典型的三角 形对称分布，说明材料具有高的充放电效率及良 好的可逆性，体现出良好的电容器特性［21］． 另外 还可发现，随着电流密度的增大，放电曲线上并没 · 439 ·