掺氮石墨烯/聚苯胺/硫化物纳米复合材料的制备及其电化学性能研究

摘要

在本论文中涉及到的实验所采用的方法都是简单易行的水热合成方法以及原位聚合法。采用水热合成方法实现掺氮石墨烯(GN)与硫化铜(CuS)、硫化铜钴(CuCo2S4)的复合;采用原位聚合法实现聚苯胺（PANI）在硫化铜表面的包覆，从而制备出所需复合物。通过场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱对纳米复合物的结构和形貌进行表征。此外，还利用电化学工作站测试循环伏安(CV)、充放电和交流阻抗等数据来探索制备出的复合物电化学性能。具体实验内容主要分为三个部分:
　　1.通过一步水热合成法制备掺氮石墨烯/硫化铜复合物，并将其作为超级电容器的电极活性材料。片层状的掺氮石墨烯不仅为硫化铜空心球的生成提供了很好的附着场所，同时其较高的比表面积和良好的导电性与硫化铜所提供的赝电容协同作用，在电化学测试中展现出了良好的性能。
　　2.通过首先采用一步水热法制得空心硫化铜小球，然后再通过原位聚合法使用聚苯胺(PANI)对其进行包裹，得到核壳结构复合物硫化铜@聚苯胺纳米微球(CuS@PANI)，并对其电化学性能进行探究。由于CuS@PANI复合物所具有的独特的核壳结构，不仅使得在比电容方面的性能大大提升，与此同时还很有效地提高了电极活性材料在电化学循环中的稳定性。
　　3.依据硫化铜与掺氮石墨烯水热法制备所得复合物的基础，继续采用水热法探究将掺氮石墨烯与双金属硫化物进行复合。本文采用简单的一步水热法以三水合硝酸铜、三水合硝酸钴与掺氮石墨烯复合制得掺氮石墨烯/硫化铜钴纳米复合物，很好地呈现出硫化物与掺氮石墨烯产生协同效应在电化学反应中的卓越表现。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 纳米材料

1．2．1 纳米材料的分类

1．2．2 纳米材料的特性

1．2．3 纳米材料的制备方法

1．2．4 纳米材料的表征

1．2．5 纳米材料的应用及发展前景

1．2．6 纳米复合材料

1．3 超级电容器

1．3．1 超级电容器简介

1．3．2 超级电容器的性能测试

1．4 掺氮石墨烯

1．5 本论文所需实验试剂及仪器

1．6 本论文的研究目的、主要内容和意义

第二章 掺氮石墨烯／硫化铜纳米复合物的制备及其电化学性能的研究

2．1 前言

2．2 实验步骤

2．2．4 掺氮石墨烯／硫化铜纳米复合物的制备

2．2．5 电化学表征

2．2．6 样品表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 XRD分析

2．3．2 形貌分析

2．3．3 拉曼光谱分析

2．3．4 XPS分析

2．3．5 电化学性能分析

2．4 本章小结

第三章 核壳结构硫化铜@聚苯胺纳米微球的合成及其电化学性能的研究

3．1 前言

3．2 实验步骤

3．2．1 硫化铜纳米微球的制备

3．2．2．硫化铜@聚苯胺纳米复合材料的制备

3．2．3 样品表征

3．2．4 电化学表征

3．3．1 XRD分析

3．3．2 形貌分析

3．3．3 电化学性能分析

3．4 本章小结

第四章 掺氮石墨烯／硫化铜钴纳米复合物的制备及其电化学性能的研究

4．1 前言

4．2 实验步骤

4．2．5 电化学表征

4．3．1 XRD分析

4．3．2 形貌分析

4．3．3 拉曼光谱分析

4．3．4 电化学性能分析

4．4 本章小结

第五章 结论和展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况