【摘 要】
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石墨烯(graphene)作为一种新型的二维碳质材料,具有独特的结构特征和优良的理化特性,自2004年发现以来就受到了全世界科学家的广泛关注。石墨烯基薄膜材料是石墨烯基材料
【机 构】
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天津大学化工学院,天津300072
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石墨烯(graphene)作为一种新型的二维碳质材料,具有独特的结构特征和优良的理化特性,自2004年发现以来就受到了全世界科学家的广泛关注。石墨烯基薄膜材料是石墨烯基材料的一种重要宏观形态,它继承了石墨烯的优异特性并具有宏观可操作性,在柔性储能器件中具有巨大的应用前景。目前石墨烯基薄膜的制备方法主要有抽滤法、LB成膜法和气液界面自组装法。然而目前所报道的石墨烯薄膜都是由石墨烯片层紧密堆叠形成的层状结构,严重限制了电化学过程中电解质离子的扩散,而且石墨烯片层的利用率极低,限制了能量密度和功率密度的提升。在本课题组前期气液界面成膜研究的基础上,我们提出利用氧化石墨烯薄膜干燥过程中水的脱除产生的作用力实现薄膜微结构和片层取向的调控,得到了具有开放层次孔道的氧化石墨烯薄膜,经过还原后得到石墨烯薄膜并对其电化学性质进行了研究。其制备过程如下,首先利用气液界面自组装法得到氧化石墨烯水凝胶薄膜,然后将其进行快速的冷冻干燥,利用压强降低过程中水的不同脱除状态,实现对薄膜微观结构的调控,进而得到具有开放层次孔道的氧化石墨烯薄膜(GOFM)。图1所示为GOFM截面的SEM图片,从中可以清晰地看到薄膜由三个部分组成,上面为层状结构,中间为松散的交联孔道结构,下面为具有垂直开放孔道的阵列结构。这种结构在储能过程中具有良好的离子传输和高的表面利用率。然后对化学还原和高温还原之后得到的薄膜(rGOFM和rGOFM-600)的电容特性进行了研究。图2为在20 mV/s扫速下的循环伏安曲线,可以看到还原以后的rGOFM和rGOFM-600电容分别为151F/g和128F/g,并且具有良好的容量保持率。
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