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超级电容器,作为介于传统电容器和电池之间的新型储能元件,由于其自身较高的功率密度以及较长的循环寿命而受到广泛关注。超级电容器的电容以及电荷的存储主要依赖于其电极材料,因此,电极材料的选择以及有效的控制合成将是该领域首要解决的科学问题之一。在诸多电极材料中,钴、镍以及铁的氧化物由于具有较高的理论比电容,原料易得等优点而成为理想的候选电极材料,尤其对于铁的氧化物而言,由于其成本较低以及环境友好,从而更具实际应用价值。但在实际过程中,由于这些材料自身导电性较差,从而使得其实验比电容以及倍容率较低,循环稳定性并不理想。因此,将它们与具有良好导电性的碳材料进行有效的复合是一种提高其电化学性能的有效途径。 在本论文的研究工作中,我们选择还原氧化石墨烯(rGO)作为基质材料,制备了具有高性能的钴、镍以及铁的氧化物与还原氧化石墨烯相复合的超级电容器电极材料。采用热重分析(TG),场发射扫描电镜(FE-SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,对其所制样品的成分、形貌和结构进行了表征。并且采用循环伏安,恒流充放电技术对其电化学性能进行了相关的测试。主要内容概括如下: 1.利用一步法制备了α-氢氧化铁与还原氧化石墨烯(α-FeOOH/rGO)复合材料,在此过程中硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)作为铁源生长了针铁矿(α-FeOOH),同时它也作为还原剂将氧化石墨(GO)还原为rGO。当α-FeOOH和rGO的质量比为80.3:19.7时,复合材料在电流密度为1Ag-1时取得452Fg-1的比电容。并且,该复合材料具有较好的倍容率(10Ag-1相对于1Ag-1时电容的保持率超过79％)以及较好的循环稳定性(循环1000圈后比电容衰减13%)。这些结果表明:α-FeOOH/rGO复合物在高性能能量存储方面具有重要及其潜在的应用价值。 2.利用回流法以及后续热处理过程合成了Co3O4/rGO复合物。研究结果表明,复合物由尖晶石Co3O4纳米粒子包覆rGO片体形成。在复合物中,Co3O4和rGO之间的质量配比是影响复合材料电化学性能的关键因素。当Co3O4和rGO的质量比为87:13时,复合物电极具有最大的比电容:在电流密度为1Ag-1时复合物的比电容为760Fg-1。同时,在电流密度为10Ag?1时,相比于1Ag-1时的比电容保持率是71.6%。此外,该复合电极在经过1000次充放电循环之后,电容保持率仍然达到82.4%。该复合材料性能好、成本低且环境友好,是一种有潜在应用价值的超级电容器电极材料。 3.通过简单的溶剂热法以及其后续热处理过程,制备了NiO纳米花和NiO/rGO复合物。在NiO/rGO复合物中,rGO作为基底生长NiO,与此同时,NiO则有效地避免了rGO的团聚。当NiO/rGO复合物(NiO和rGO的质量比为82.7:17.3)作为电极时呈现优异的电化学性能。在1Ag?1时,初始比电容为514.9Fg?1,当材料完全活化后,其比电容高达600Fg?1。同时,在电流密度为10Ag?1时,相比于1Ag-1时的比电容保持率是83.5%。此外,该电极材料具有非常优异的循环稳定性,6000次循环后比电容保持率为92.6%。