編號：CPJS06856
篇名：低缺陷密度石墨烯與Co3O4復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能
作者：王永亮 王春鋒 馬榮鑫 韓志東
關(guān)鍵詞： 石墨烯 四氧化三鈷 超級電容器 電化學(xué)性能
機(jī)構(gòu)： 哈爾濱理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 哈爾濱理工大學(xué)工程電介質(zhì)及其應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
摘要： Co3O4/石墨烯復(fù)合材料以其較高的比電容和良好的穩(wěn)定性成為研究的熱點(diǎn)。該材料研究中大多采用含官能團(tuán)較多及分散性較好的氧化石墨烯,然而氧化石墨烯的缺陷較多,將其用于制備復(fù)合材料會限制復(fù)合材料電化學(xué)性能的提高。此外,復(fù)合材料制備往往涉及將氫氧化鈷/氧化石墨烯復(fù)合物熱處理獲得Co3O4/石墨烯復(fù)合材料的過程。本工作選用了機(jī)械剝離法制備低缺陷密度石墨烯納米片(Graphenena noplatelets,GNP),實(shí)現(xiàn)了石墨烯納米片與鈷離子均勻穩(wěn)定的分散,進(jìn)而采用一步法(無需煅燒)制備Co3O4/GNP復(fù)合材料,探討了Co3O4/GNP復(fù)合材料的相關(guān)性能。機(jī)械剝離法制備的GNP的碳原子層數(shù)約為5層,層間距為3.6,且拉曼光譜中ID/IG比值僅為0.07,表明機(jī)械剝離法制備的GNP比還原法制備的氧化石墨烯具有較低的缺陷密度。以H2O2為氧化劑,采用一步法制備了Co3O4/GNP復(fù)合材料。Co3O4納米顆粒以方形為主,平均粒徑約為12nm,且均勻負(fù)載于GNP片層。電化學(xué)研究結(jié)果表明,當(dāng)m(Co3O4)∶m(GNP)=8∶1時,Co3O4/GNP復(fù)合材料具有最優(yōu)的比電容值,達(dá)到了542F·g-1,內(nèi)阻僅為1.57Ω。復(fù)合材料的內(nèi)阻與GNP的添加量成反比,當(dāng)m(Co3O4)∶m(GNP)=3∶1時,復(fù)合材料的內(nèi)阻僅為0.89Ω。本工作創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了一步法制備Co3O4/GNP復(fù)合材料。機(jī)械剝離法制備石墨烯確保了GNP具有低缺陷密度,一步法確保了Co3O4納米顆粒均勻負(fù)載于GNP表面。優(yōu)化Co3O4和GNP配比,制得的復(fù)合材料的比電容可達(dá)542F·g-1。
