静电自组装制备氧化钌/纳米碳复合材料的超电容性能

摘要

基于静电自组装原理,本文提出采用加热水解法制备氧化钌/碳纳米管(RuO2/CNTs)和氧化钌/还原氧化石墨烯(RuO2/RGO)两种复合材料,研究了制备工艺对两种复合材料微观形貌的影响,以及材料形貌和热处理温度与超电容性能的关系。
　　首先,研究了RuO2/CNTs的加热水解法制备条件以及碳管表面官能团和碳管本身长短对其微观形貌形貌的影响,结果表明:氧化钌胶体带正电,带官能团显负电性的碳管才能实现两者的静电自组装,RuCl3溶液浓度低于0.002M时,使用长碳管能够得到包覆均一、无团聚的RuO2/CNTs,且重现性好,短碳管复合材料重现性差。利用碱液沉淀法制备RuO2/CNTs电极材料,最后都出现了致密团聚的氧化钌大颗粒。
　　接下来,研究了氧化钌含量和热处理温度对RuO2/CNTs超电容性能的影响,结果表明:氧化钌含量升高,材料比容量升高,碳管含量越高,倍率性能越好;氧化钌含量提高,活化现象明显;无论RuO2含量为10.8wt％或25wt%:150℃热处理后的材料比容量最高,300℃热处理后氧化钌晶化,比容量显著下降,随着热处理温度的升高,循环稳定性提高,但倍率性能下降。
　　制备氧化钌包覆还原氧化石墨烯,研究了RGO表面化学结构、热处理温度对材料形貌的影响,及材料形貌和热处理温度对复合材料超电容性能的影响,结果表明:基于静电自组装原理,使用SLS处理过 RGO得到的复合材料RuO2/SLS-RGO形貌均一,氧化钌均匀沉积在RGO表面;而使用原始RGO得到的复合材料RuO2/RGO,RGO表面有氧化钌的沉积,但出现微小的氧化钌团聚颗粒。热处理温度升高,氧化钌颗粒增大,300℃热处理后RGO表面氧化钌形成网络结构,200℃和300℃热处理过程RGO有损失。
　　RuO2/SLS-RGO-150℃和RuO2/RGO-150℃超电容测试结果表明:后者比容量大,倍率性能亦优于前者,两者循环稳定性很差。RuO2/SLS-RGO经过150℃热处理后比容量下降,倍率性能保持不变;200℃和300℃热处理后,倍率性能较原始和150℃热处理材料提高,材料循环稳定性提高。RuO2/RGO经过150℃和200℃热处理后倍率性能下降,随着热处理温度提高循环稳定性提高。