二氧化钛/石墨烯复合电极的原位生长及其超级电容的性能探讨

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时代的发展引领着人们生活水平的提高,与之而来的,却是我们不得不面临的能源危机。因此,寻求充放电效率高、循环寿命长的储能器件成为科研工作者的首要任务。此时,超级电容器应运而生。电极材料作为超级电容器的核心部件,对于能量的存储起到了决定性的作用。  本文以二氧化钛-石墨烯(RGO)复合材料为基准,采用一步水热的原位合成路线在不同的金属基体上制备形貌可控的复合材料,并直接作为电极应用于超级电容器的电化学测试。可以看到,二氧化钛的引入对于整个电极材料的性能提高做出了极大的贡献。具体的研究内容如下:  (1)TiO2/RGO/Ni(OH)2复合材料体系:利用原位生长的方法,泡沫镍为基体,并作为Ni(OH)2的来源以及GO的还原剂,一锅水热合成了TiO2/RGO/Ni(OH)2。RGO纳米薄片作为纳米尺寸的柔性支撑,连接TiO2和Ni(OH)2,提高了电子传递。当GO/P25(商品化TiO2)的质量比为10%时,所得到的电极材料性能最佳,表现为在5mA cm-2电流密度下,比容量达到4342mF cm-2。  (2)TiO2/RGO/MoO2复合材料体系:采用简单的一步水热制备TiO2/RGO/MoO2复合材料,得到前所未有的三维核桃型的纳米结构。该电极在电化学性能上取得了很大的突破:3mA cm-2的电流密度下具有3927mF cm-2的面积比容量(即1636F g-1的质量比容量),循环5000个周期后仅为3.5%的电容损失。  (3)TiO2/RGO/MoS2复合材料体系:TiO2不仅对于氧化物有修饰作用,对于硫化物也起到了结构改善,性能提高的作用。硫脲作为硫源,通过原位生长路线在Mo网上得到TiO2/RGO/MoS2复合电极材料。TiO2的形貌导向作用使最终合成出“红毛丹”状多级结构复合材料,其能够在5mA cm-2电流密度下实现295mF cm-2的面积比容量,且经过2000次充放电循环后,该材料仍具有91.2%的容量保持率。
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