能源材料专题 了不同制备条件和石墨烯前体含量氧的差异对复合所致,石墨烯不仅可以充当导电通道的角色,同时还 材料比电容的影响,当扫描速度为40mV/s时,采用可利用其大的比表面积来负载纳米尺度的聚苯胺, 在石墨烯表面原位生长Ni(OH)2、石墨烯与从而提高了聚苯胺的利用率和稳定性[1 Ni(OH)2机械混合以及在氧化石墨烯表面上生长 案苯胺沉积在石墨烯片上 Ni(OH)2等方法,制备出的复合材料的比电容分别 为877,339和297F/g.上述结果表明,高导电性的 石墨烯有助于宏观团聚状Ni(OH)2与集流体之间 实现快速而有效的电荷输运,同时伴随着能量的快 速存储和释放 过硫酸铵聚合 图9聚苯胺与石墨烯复合材料制备的示意图[4 最近,我们研究组同样采用原位聚合的方法制 备出石墨烯与聚吡咯的复合材料,在1mol/L的 彐300|NOH生长在石墨烯 H2SO4电解液中,当恒流充放电电流密度为0.2A/g 500nm 01020304050 时,复合材料的比电容高达420F/g;充放电电流密度 电流密度/(Mg) 增大到5A/g时,比电容为204F/g,保持率仍达49% 图8在石墨烯表面原位生长N(OH)2及比电容特性[43 而纯聚吡咯在电流密度为0.2A/g时,比电容为 2010年,Yan等人采用原位聚合法制备出石墨33F/g;电流密度为5A/g时,比电容仅为43F/g,保 烯与聚苯胺(PANⅠ)复合材料(见图9),在6mol/L持率为13%.这些结果说明,聚吡咯与石墨烯复合之 的KOH电解液中,当扫描速度为1mV/s时,复合材后,比电容和倍率特性都得到显著提高,这是由于石 料的比电容高达1046F/g(电位窗口为-0.7—0.3V,墨烯具有导电率高和比表面积大的缘故,从而提高 参比电极为Hg/HgO),而纯聚苯胺和石墨烯的相应了聚吡咯的倍率特性和利用率 值仅分别为115F/g和183F/g.复合材料体现出如 目前石墨烯与金属氧化物(或氢氧化物)、导电聚 此高的比电容特性是由于聚苯胺和石墨烯协同效应合物复合材料在超级电容器中的研究进展如表2所 表2各种石墨烯复合材料的比电容性能比较 复合材料 比电容/(F/g 测试条件 电解液 参考文献 三电极体系,10mV/s循环伏安测试 Imol/L H2SO4 三电极体系,10mV/s循环伏安测试 mol/L KCI 三电极体系,50mV/s循环伏安测试 mol/L KCI 石墨烯一SnO2 三电极体系,50mV/s循环伏安测试 石墨烯一Mn3O4 256 电极体系,5mV/s循环伏安测试 6mol/L KOH 石墨烯一Mn 电极体系,2mV/s循环伏安测试 I mol/L Naz SO [50] 石墨烯一Co3O 三电极体系,10mV/s循环伏安测试 6mol/L KOH 51] 石墨烯一Co(OH)2 972.5 电极体系,0.5A/g充放电测试 6mol/L KOH [52] 石墨烯一Ni(OH)2 935 三电极体系,2.8A/g充放电测试 Imol/L KOH [43] 石墨烯一RuO2 电极体系,1mV/s循环伏安测试 Imol/L H2SO [53] 石墨烯一PANI 电极体系,0.1A/g充放电测试 2 mol/L H2 SO [54] 石墨烯一PA 1046 电极体系,1mV/s循环伏安测试 6mol/L KOH [44 石墨烯一PANI薄膜 210 两电极体系,0.3A/g充放电测试 Imol/L H2 SO [55] 氧化石墨烯一PANI 746 三电极体系,0.2A/g充放电测试 Imol/L H2 SO 56] 物理·40卷(2011年)10期 http://www.wuli.ac.cn物理·40卷 (2011年)10期 http:飋飋www.wuli.ac.cn 了不同制备条件和石墨烯前体含量氧的差异对复合 材料比电容的影响,当扫描速度为40mV/s时,采用 在 石 墨 烯 表 面 原 位 生 长 Ni(OH)2、石 墨 烯 与 Ni(OH)2机械混合以及在氧化石墨烯表面上生长 Ni(OH)2 等方法,制备出的复合材料的比电容分别 为877,339和297F/g.上述结果表明,高导电性的 石墨烯有助于宏观团聚状 Ni(OH)2 与集流体之间 实现快速而有效的电荷输运,同时伴随着能量的快 速存储和释放. 图8 在石墨烯表面原位生长 Ni(OH)2 及比电容特性[43] 表2 各种石墨烯复合材料的比电容性能比较 复合材料 比电容/(F/g) 测试条件 电解液 参考文献 石墨烯-SnO2 43.4 三电极体系,10mV/s循环伏安测试 1mol/LH2SO4 [46] 石墨烯-ZnO ~12 三电极体系,10mV/s循环伏安测试 1mol/LKCl [47] 石墨烯-ZnO 61.7 三电极体系,50mV/s循环伏安测试 石墨烯-SnO2 42.7 三电极体系,50mV/s循环伏安测试 1mol/LKCl [48] 石墨烯-Mn3O4 256 三电极体系,5mV/s循环伏安测试 6mol/LKOH [49] 石墨烯-MnO2 310 三电极体系,2mV/s循环伏安测试 1mol/LNa2SO4 [50] 石墨烯-Co3O4 243.2 三电极体系,10mV/s循环伏安测试 6mol/LKOH [51] 石墨烯-Co(OH)2 972.5 三电极体系,0.5A/g充放电测试 6mol/LKOH [52] 石墨烯-Ni(OH)2 935 三电极体系,2.8A/g充放电测试 1mol/LKOH [43] 石墨烯-RuO2 570 三电极体系,1mV/s循环伏安测试 1mol/LH2SO4 [53] 石墨烯-PANI 480 三电极体系,0.1A/g充放电测试 2mol/LH2SO4 [54] 石墨烯-PANI 1046 三电极体系,1mV/s循环伏安测试 6mol/LKOH [44] 石墨烯-PANI薄膜 210 两电极体系,0.3A/g充放电测试 1mol/LH2SO4 [55] 氧化石墨烯-PANI 746 三电极体系,0.2A/g充放电测试 1mol/LH2SO4 [56] 2010年,Yan等人采用原位聚合法制备出石墨 烯与聚苯胺(PANI)复合材料(见图 9),在6mol/L 的 KOH 电解液中,当扫描速度为1mV/s时,复合材 料的比电容高达1046F/g(电位窗口为-0.7—0.3V, 参比电极为 Hg/HgO),而纯聚苯胺和石墨烯的相应 值仅分别为115F/g和183F/g.复合材料体现出如 此高的比电容特性是由于聚苯胺和石墨烯协同效应 所致,石墨烯不仅可以充当导电通道的角色,同时还 可利用其大的比表面积来负载纳米尺度的聚苯胺, 从而提高了聚苯胺的利用率和稳定性[44]. 图9 聚苯胺与石墨烯复合材料制备的示意图[44] 最近,我们研究组同样采用原位聚合的方法制 备出 石 墨 烯 与 聚 吡 咯 的 复 合 材 料,在 1mol/L 的 H2SO4 电解液中,当恒流充放电电流密度为0.2A/g 时,复合材料的比电容高达420F/g;充放电电流密度 增大到5A/g时,比电容为204F/g,保持率仍达49%. 而纯 聚 吡 咯 在 电 流 密 度 为 0.2A/g 时,比 电 容 为 338F/g;电流密度为5A/g时,比电容仅为43F/g,保 持率为13%.这些结果说明,聚吡咯与石墨烯复合之 后,比电容和倍率特性都得到显著提高,这是由于石 墨烯具有导电率高和比表面积大的缘故,从而提高 了聚吡咯的倍率特性和利用率[45]. 目前石墨烯与金属氧化物(或氢氧化物)、导电聚 合物复合材料在超级电容器中的研究进展如表2所 ·661· 能源材料专题