摘要：石墨烯作为一种新型的二维纳米材料，具有巨大的理论比表面积、高导电性以及良好的耐热性等特性，在超级电...石墨烯作为一种新型的二维纳米材料，具有巨大的理论比表面积、高导电性以及良好的耐热性等特性，在超级电容器领域具有广阔的应用前景。然而通常制备出的二维结构石墨烯具有严重的层间堆叠现象，导致石墨烯的存储容量远低于其理论值（550 F g-1）。设计组装三维石墨烯材料可以有效地减小石墨烯片层间的堆叠现象，形成有利与电解液离子以及电子传输的孔道结构；同时还可以直接用作无粘结剂的自支撑的超级电容器电极材料，进而提升石墨烯电极材料的存储容量。因此，开发具有新型结构的三维石墨烯基电极材料，并提高其比容量成为目前石墨烯研究领域的研究热点。本论文从杂原子掺杂以及新型碳纳米材料修饰角度出发，设计出了两种典型的三维石墨烯基材料，其作为无粘结剂的电极材料展现出良好的电化学性能。具体方法结论如下：(1)氮掺杂三维石墨烯材料的制备及其电化学性能研究：以氧化石墨和氨水为原料，通过一步水热法制备出具有较高氮含量和较大密度(1.31 g cm-3)的三维石墨烯材料。在6 M KOH电解液中，该材料在0.5 A g-1时，其体积比容量可达到437.5 F cm-3，并且在大电流密度10 A g-1下循环充放电20000圈之后，仍能保持93%的容量值。三维石墨烯电化学性能的提升不仅与氮元素的掺杂量有主要关系，还与氮元素不同存在形式的比例有重要联系。其中，吡啶氮和醌式氮可以提高三维石墨烯材料的导电性和润湿性，而吡咯氮和吡啶氮可以提供法拉第赝电容进而提升总的比容量。 (2)碳点修饰三维石墨烯材料的制备及其电化学性能研究：以氧化石墨和碳点为原料，通过简单有效的一步水热法制备出具有三维交联结构的碳点均匀修饰的石墨烯材料。此材料作为无粘结剂的电极材料，在0.5 A g-1时，其质量比电容可达到308 F g-1；并且在10 A g-1的条件下循环工作20000次之后，其比容量仍保持在92%。均匀分散的碳点可以有效阻止石墨烯片层的堆叠与团聚，形成含有大量介孔/大孔的三维结构，有利于电解质离子的传输、电子的快速传导以及石墨烯利用率的提升；并且碳点修饰三维石墨烯材料中含有丰富的稳定性含氧官能团，可以提供额外的赝电容。因此，用碳点这种新型零维纳米材料可以有效提升三维石墨烯材料的电容存储量。显示全部
