石墨烯-COF復合材料制備及其超電容性能研究.pdf

1、超級電容器具有循環(huán)壽命長、比電容和高充放電效率及較高輸出功率等優(yōu)點，是一種具有巨大應用市場的新型儲能元件。目前高性能超級電容電極材料受到人們的廣泛關注和研究。蒽醌是一種重要的可發(fā)生氧化還原反應的有機物，它具有工作電壓窗口較寬、溫度范圍寬、成本低等優(yōu)點，可用來制備電極材料，但是蒽醌較差的導電性使得其在電極材料方面的利用受到了限制。為了改善蒽醌的導電性，將蒽醌與導電性好的傳統(tǒng)電極材料碳材料進行復合成為了研究的焦點。
　　固體表面化學反

2、應是“自下而上”構筑特定分子及納米結構的有效策略，共價有機二維網格材料是通過在固體表面原位發(fā)生化學反應形成共價鍵的原理制備的，不同于鹵鍵、氫鍵等弱作用力在固體表面所構筑的納米結構，能夠有效地克服鹵鍵、氫鍵等弱作用力構筑的納米結構穩(wěn)定性較差的困擾，使得“自下而上”方法構筑較為穩(wěn)定的超級電容電極材料成為可能。
　　本文通過席夫堿反應將蒽醌單體引入共價有機二維網格（Covalent Organic Frameworks,COFs），并以

3、非共價形式與三維石墨烯復合，共價有機二維網格自身較大的孔徑可以使得蒽醌基團與電解液有充分的接觸，同時借助三維石墨烯的良好導電性，使得蒽醌基團導電性較差的問題得到了改善。
　　本文所制備的共價有機二維網格材料是由2,6-二氨基蒽醌和均苯三甲醛兩種反應單體通過席夫堿反應制備而成，采用掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、X射線光電子能譜等為主要手段，探索了制備該共價有機二維網格的反應條件和分析了材料的表面形態(tài)；利用循環(huán)伏安、恒流充放電研究了該

4、共價有機二維網格材料的超電容性能，并對恒流充放電機理進行了分析。
　　在較低溫度（140℃）制備的復合電極材料具有無定形聚合物的特征，沒有觀察到較為完整的網格，在較高的反應溫度（205℃）下制備的共價有機二維網格材料呈現(xiàn)較好的連續(xù)性，并且覆蓋度達90％以上，說明溫度對固體表面席夫堿反應具有重要影響。在-0.4~-1.05V(vs. Ag/AgCl)窗口內，1M KOH電解液中進行循環(huán)伏安曲線和恒流充放電曲線測試，在20mv/s掃速

5、時，石墨烯/共價有機二維網格復合電極材料氧化峰在-0.769V，還原峰在-0.888V；在2A g-1電流密度時，比電容高達128F g-1，其中2,6-二氨基蒽醌的利用率高達13.45%。在2000次恒流充放電測試中，石墨烯/共價有機二維網格電極材料的比電容呈下降趨勢，可能的原因是在恒流充放電過程中，處于還原狀態(tài)的共價有機二維網格材料，由于網格材料層與層之間的靜電排斥作用，反復的收縮和膨脹造成納米結構的改變，使得電極材料的導電性下降，