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氧化石墨烯在电化学储能中的应用探究氧化石墨烯（Graphene Oxide）是一种新型的二维材料，具有优异的导电性、导热性、机械性能和化学活性。
因此，氧化石墨烯在电化学领域中具有广泛的应用前景。
一、氧化石墨烯在电容器中的应用氧化石墨烯作为一种高比表面积的材料，具有优异的电化学储能性能。
因此，氧化石墨烯被广泛应用于电容器的制备中。
氧化石墨烯电容器可以分为两类：超级电容器和电解电容器。
1.超级电容器超级电容器（Supercapacitor）是一种具有高功率密度和长寿命的电化学储能器件，可用于电动汽车、储能系统等领域。
氧化石墨烯作为电极材料，可以有效提高超级电容器的性能。
研究表明，将氧化石墨烯与其他材料复合制备电极可以显著提高超级电容器的性能。
例如，将氧化石墨烯和多壁碳纳米管进行复合，制备出的电极具有较高的电容和较低的内阻，可用于高功率电子器件和储能系统中。
此外，氧化石墨烯的导电性和化学活性可以为电容器带来更多的应用领域。
例如，将氧化石墨烯与锰氧化物制备的电极材料可用于无线充电、生物传感器等领域。
2.电解电容器除了超级电容器之外，氧化石墨烯还被广泛应用于电解电容器（Electrolytic capacitor）的制备中。
电解电容器又分为有机电解电容器和无机电解电容器。
有机电解电容器是一种具有很高电容值和超高瞬态功率的电容器。
将氧化石墨烯作为电解电容器的电极材料，可以提高其电容值和内阻，同时保持其超高瞬态功率性能。
无机电解电容器是一种高电压、大电容的电容器。
研究表明，将氧化石墨烯与氧化铝进行复合，可以显著提高电解电容器的电容值和电化学稳定性。
二、氧化石墨烯在电池中的应用氧化石墨烯作为一种优异的材料，被广泛应用于电池的研制中。
1.锂离子电池锂离子电池是一种高性能、长寿命的电池，可用于移动电子设备、电动汽车等领域。
氧化石墨烯作为电极材料，可以显著提高锂离子电池的性能。
研究表明，将氧化石墨烯与硅、碳纳米管等材料进行复合，可以获得高比能量、高功率密度的锂离子电池。
氧化石墨烯在超级电容器和锂离子电池中的应用前景分析氧化石墨烯是一种将石墨烯通过化学方法氧化得到的氧化物，具备石墨烯的许多优异特性，并且在一些应用中表现出更好的稳定性和可制备性。
其在超级电容器和锂离子电池中的应用前景广泛，本文将分析其在这两个领域的应用前景。
超级电容器是一种能量储存装置，具有高功率密度、长循环寿命和快速充放电能力等特点。
与传统电池相比，超级电容器的能量密度较低，限制了其在一些领域的应用。
然而，氧化石墨烯在超级电容器中的应用可以显著改善其能量密度，并且还可以提供更快的充放电速度。
首先，氧化石墨烯具有高比表面积和优良的导电性，这使得其可以作为超级电容器电极材料。
高比表面积可以提供更多的电荷储存接口，而优良的导电性可以保证电荷传输的效率。
此外，氧化石墨烯还具备优秀的电化学稳定性和循环寿命，可以在长时间的循环充放电过程中保持稳定的性能。
这些特点使得氧化石墨烯成为超级电容器中极具潜力的电极材料。
相较于超级电容器，锂离子电池在能量密度方面具备优势，但其充放电速度相对较慢。
氧化石墨烯在锂离子电池中的应用可以提高其充放电速度，同时还可以改善其循环寿命和安全性。
石墨烯的层状结构使得锂离子可以在其之间进行快速扩散，从而提高电池的充放电速度。
而氧化石墨烯除了具备石墨烯的层状结构外，还具备与锂离子有良好相容性的氧化物基团。
这些氧化物基团可以在锂离子电池充放电过程中与锂离子进行反应，从而提高电池的容量和循环寿命。
此外，氧化石墨烯还可以作为锂离子电池的电解质包裹层，提高电解质的稳定性和安全性。
这些特点使得氧化石墨烯成为锂离子电池中有望取代传统电池材料的新型材料。
然而，氧化石墨烯在超级电容器和锂离子电池中的应用还存在一些挑战。
首先，氧化石墨烯的制备成本相对较高，限制了其在大规模应用中的竞争力。
其次，氧化石墨烯的电化学性能仍有待进一步提高。
虽然已有一些研究通过控制氧化程度和石墨烯层数等因素来改善氧化石墨烯的性能，但仍需要更多的研究来进一步提高其能量密度、循环寿命和安全性等方面的性能。
Mn3O4/氧化石墨烯纳米复合物的制备及其超级电容性能作者：苏海芳， 王腾， 张胜义， SU Hai-fang， WANG Teng， ZHANG Sheng-yi作者单位：安徽大学化学化工学院,安徽合肥,230039刊名：化学研究英文刊名：Chemical Research年，卷(期)：2012,23(2)1.左志中.梁逵.叶江海.胡军.ZUO Zhizhong.LIANG Kui.YE Jianghai.HU Jun超级电容器用石墨烯纳米片的制备及性能[期刊论文]-电子元件与材料2012,31(3)2.李美玲.孔祥华.卢瑶.王更超.王晓峰.尤政.LI Meiling.KONG Xianghua.LU Yao.WANG Gengchao.WANG Xiaofeng.YOU Zheng Mn3O4电极的制备及电化学性能研究[期刊论文]-电子元件与材料2012,31(6)3.梁业如.杨海涛.欧阳毅.吴丁财.符若文V2O5 纳米线/ 氧化石墨烯复合材料的制备及其电容性能研究[会议论文]-20114.张海英.胡中爱.张亚军.张富海.梁鹏举.杨玉英.张子瑜.吴红英.Zhang Haiying.Hu Zhongai.Zhang Yajun.Zhang Fuhai. Liang Pengju.Yang Yuying.Zhang Ziyu.Wu Hongying SnO2/还原氧化石墨烯/聚吡咯三元复合物的合成及其电化学电容性能[期刊论文]-化工新型材料2012,40(4)5.胡凡.万丽.张修华.董兵海.许祖勋.王世敏.HU Fan.WAN Li.ZHANG Xiuhua.DONG Binghai.XU Zuxun.WANG Shimin可溶性聚苯胺/聚乙烯醇掺杂氧化石墨烯复合材料的制备[期刊论文]-材料导报2012,26(10)6.寿庆亮铁氧化物/石墨烯纳米复合材料的制备及超级电容性能研究[学位论文]20127.吕新虎.王利平.李玉超.邓爱霞.孙发孟氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备与表征[期刊论文]-聊城大学学报：自然科学版2012,25(1)8.陈日雄.于淑会.孙蓉.赵玉宝.Chen Rixiong.Yu Shuhui.Sun Rong.Zhao Yubao超级电容器用石墨烯的制备与性能研究[期刊论文]-化工新型材料2012,40(6)本文链接：/Periodical_hxyj201202002.aspx。
《石墨烯的制备及在超级电容器中的应用》篇一摘要：本文将深入探讨石墨烯的制备方法，包括化学气相沉积法、液相剥离法等，并重点阐述石墨烯在超级电容器领域的应用及其所展现出的卓越性能。
通过对石墨烯制备工艺的解析及在超级电容器中的应用分析，揭示其作为新型能源存储材料的重要价值。
一、引言石墨烯，作为一种二维碳纳米材料，因其独特的结构和出色的物理化学性质，近年来受到了广泛的关注。
在众多领域中，超级电容器领域对石墨烯的应用尤为突出。
其高比表面积、优异的导电性和良好的化学稳定性，使其成为超级电容器的理想电极材料。
本文将详细探讨石墨烯的制备方法及其在超级电容器中的应用。
二、石墨烯的制备方法1. 化学气相沉积法：化学气相沉积法是一种常见的石墨烯制备方法。
该方法通过高温条件下气体分解产生碳原子，随后在基底上沉积形成石墨烯。
这种方法可以制备大面积、高质量的石墨烯，但成本较高。
2. 液相剥离法：液相剥离法是利用特定溶剂对石墨进行剥离，从而得到石墨烯。
该方法简单易行，成本较低，但制备的石墨烯尺寸较小。
3. 其他方法：除了上述两种方法外，还有还原氧化石墨烯法、SiC外延生长法等制备石墨烯的方法。
这些方法各有优缺点，适用于不同的应用场景。
三、石墨烯在超级电容器中的应用1. 超级电容器的原理与特点：超级电容器是一种能够快速充放电的储能器件，具有高功率密度、长循环寿命和快速充放电等优点。
而石墨烯的高比表面积和良好导电性使其成为超级电容器的理想电极材料。
2. 石墨烯在超级电容器中的应用：石墨烯的高比表面积可提供更多的活性位点，增加电极的容量；其良好的导电性有助于提高充放电效率；而其独特的结构可以缓冲充放电过程中的体积效应。
因此，将石墨烯作为电极材料用于超级电容器中，可显著提高电容器的性能。
3. 石墨烯基超级电容器的应用实例：以石墨烯为基础的超级电容器已经在新能源汽车、智能电网等领域得到了广泛应用。
其快速充放电和高能量密度的特点使其在这些领域具有较高的应用价值。
高性能石墨烯材料在超级电容器中的应用随着科技的快速发展，人们对储能技术的需求也越来越高。
传统电池的能量密度相对较低，而超级电容器由于具有高能量密度、快速充放电和长寿命等特点，逐渐成为储能技术研究的焦点领域之一。
在超级电容器的研究中，石墨烯材料表现出了令人瞩目的应用潜力，具有了广泛的应用前景。
1. 背景介绍超级电容器是一种以电吸附和电双层电容为储能机制的设备。
它能以高速率吸附和释放电荷，储能效率高，循环寿命长，是现代电子器件和电力系统中理想的储能技术之一。
然而，传统超级电容器的能量密度相对较低，限制了其在实际应用中的推广。
2. 石墨烯材料在超级电容器中的优势石墨烯是一种由碳原子单层构成的二维材料，具有出色的电学、光学、导热和机械性能。
这些特性使得石墨烯成为超级电容器领域的研究热点。
使用石墨烯材料制备的超级电容器相比传统电容器具有以下优势：2.1 高能量密度石墨烯的大表面积和高电导率使得其能够存储更多的电荷。
其高比表面积可以提供更多的吸附位点，从而增加了电荷的储存量。
与此同时，石墨烯的高电导率也能够有效地减少电池内阻，提高能量转化效率。
2.2 快速充放电速度石墨烯的高电导率和低内阻使得超级电容器具有快速充放电的特点。
相比传统超级电容器，石墨烯材料能够更快地吸附和释放电荷，从而实现高速充电和高速放电。
2.3 长循环寿命传统超级电容器的循环寿命较短，会在充放电循环过程中出现性能衰减。
而石墨烯具有出色的力学稳定性和化学稳定性，能够有效地抵抗充放电过程中的机械和化学破坏，从而延长超级电容器的寿命。
3. 石墨烯材料在超级电容器中的应用案例随着对石墨烯材料性能了解的进一步加深，科学家们不断探索石墨烯在超级电容器中的应用。
以下是一些石墨烯材料在超级电容器领域的应用案例：3.1 改进电解液结构石墨烯材料能够通过调控电解液组分和结构，提高电解液的电导率和离子迁移速率。
通过在超级电容器的电解液中添加适量的石墨烯材料，可以有效地提高超级电容器的能量密度和充放电速度。
氧化石墨烯（或石墨烯）-MnO 2 复合体的合成及电化学性能Synthesis and Electrochemical Performance of GrapheneOxide (or Graphene)-MnO 2 Composites摘要近年来，氧化石墨烯和石墨烯以其独特的结构和优异的性能，在化学、物理和材料学界引起了广泛的研究兴趣。
它们与过渡金属氧化物形成的纳米复合材料是一种很有发展前景的新型材料。
在过渡金属氧化物中，二氧化锰由于其资源广泛、价格低廉、环境友好，受到了国外研究者的关注。
用二氧化锰作为电极改性材料，首先是由于纳米二氧化锰具有很大的比表面积，其次MnO 2本身也会发生氧化还原反应形成贋电容，有助于提高电容器的电容量。
本文采用改进的Hummers 法对天然石墨进行氧化处理制备氧化石墨，在水溶剂或醇溶剂中经超声分散，加入KMnO 4和MnCl 2形成氧化石墨烯-MnO 2复合材料。
另一方面，将制得的氧化石墨在水合肼的作用下加热还原制备石墨烯，同样加入KMnO 4 和MnCI 2形成石墨烯-MnO 2复合材料。
实验采用三电极体系，0.5mol/L Na2SO4作为电解液，通过循环伏安、恒流充放电、交流阻抗测试，考察并讨论了溶剂种类、KMnO 4和MnCI 2的加入量、反应时间以及还原过程中水合肼用量等对氧化石墨烯/石墨烯-MnO 2电化学性能的影响。
关键词：氧化石墨烯；石墨烯；MnO 2；电化学性能Synthesis and Electrochemical Performance of GrapheneOxide (or Graphene)-MnO 2 CompositesAbstractIn recent years, graphene oxide and grapheme have attracted wide interest due to their unique structures and excellent performances in chemistry, physics and materials. The graphene oxide(or graphene)-metal oxide composites are new promising materials for supercapacitors.Among transition metal oxides, manganese oxide (MnO 2) is paid much attention because of its natural abundance, low cost, and environmental friendliness. The use of MnO2 as the electrode material is mainly ascribed to its large surface area and pseudocapacitance.The graphite oxide was prepared from natural flake graphite by the modified Hummersmethod. After the ultrasonic dispersion in water solvent or alcohol solvent, the grapheneoxide-MnO 2 composite was synthesized by adding KMnO 4 and MnCl 2. The graphene wasprepared by refluxing the above mentioned graphite oxide in the presence of hydrazinehydrate. And then, the graphene-MnO 2 composite was prepared with the addition of KMnO 4and MnCl 2.Using the three electrodes system and Na2SO 4 electrolyte, the effect of solvents,amount of Mn , reaction time and amount of hydrazine hydrate on the electrochemicalperformance were investigated for the composites of graphene oxide-MnO 2 and graphene-MnO 2 by cyclic voltammetry, constant current charge/discharge, and electrochemicalimpedance spectroscopy.Key Words ：Graphene oxide ；Graphene ；MnO 2 ；Electrochemical performance目录摘要 (I)Abstract (II)1 文献综述................................................... - 1 -1.1 引言.................................................. - 1 -1.2 电化学电容器概况....................................... - 2 -1.2.1 电容器的原理及结构................................ - 2 -1.2.2 超级电容器的性能特点 .............................. - 3 -1.2.3 超级电容器的主要特性 .............................. - 4 -1.2.4 超级电容器恒流充电特性分析 .......................... - 5 -1.2.5 常用电容器 ...................................... - 8 -1.2.6 超级电容器发展动态................................ - 9 -1.3 超级电容器材料......................................... - 11 -1.3.1 碳材料 .......................................... - 11 -1.3.2 金属氧化物 ...................................... - 12 -1.3.3 导电聚合物 ...................................... - 12 -1.4 超级电容器电解液....................................... - 12 -1.4.1 水系电解液 ...................................... - 12 -1.4.2 有机电解液 ...................................... - 13 -1.4.3 固态电解质 ...................................... - 13 -1.4.4 离子液体(ionic liquid) .................................................... - 14 -2 电极材料的性能测试方法....................................... - 16 -2.1 循环伏安特性曲线....................................... - 16 -2.1.1 循环伏安特性曲线测试原理 .......................... - 16 -2.2 恒电流充放电法......................................... - 17 -2.3 交流阻抗法........................................... - 18 -3 实验方法.................................................. - 19 -3.1 主要化学试剂和仪器设备................................... - 19 -3.1.1 化学试剂 ........................................ - 19 -3.1.2 仪器设备 ........................................ - 19 -3.2 实验方法............................................ - 20 -3.2.1 氧化石墨的合成................................... - 20 -3.2.2 氧化石墨烯-MnO 2 的制备........................... - 20 -323 石墨烯-MnO 2的制备................................ -21 -3.3 超级电容器电极片的制备 ...................... 错误!未定义书签。
《石墨烯的制备及在超级电容器中的应用》篇一摘要：本文重点讨论了石墨烯的制备方法及其在超级电容器领域的应用。
详细描述了目前石墨烯的常见制备方法，并从电容器的基本原理和要求出发，阐述了石墨烯作为电极材料在超级电容器中的优势和应用效果。
一、引言石墨烯，作为一种新型的二维纳米材料，因其独特的物理和化学性质，自问世以来就备受关注。
在众多应用领域中，超级电容器因其快速充放电、高能量密度和高功率密度的特点，已成为石墨烯材料的重要应用方向之一。
因此，探讨石墨烯的制备工艺以及在超级电容器中的应用具有重要意义。
二、石墨烯的制备方法（一）机械剥离法机械剥离法是早期制备石墨烯的常用方法之一，主要是利用透明胶带从石墨表面剥离出薄片状的二维材料。
这种方法虽然简单，但效率较低，且难以控制石墨烯的尺寸和厚度。
（二）化学气相沉积法化学气相沉积法通过在高温条件下将含碳气体分解，使碳原子在基底上沉积形成石墨烯。
此方法可以制备大面积的石墨烯，但工艺复杂且成本较高。
（三）氧化还原法氧化还原法是一种广泛应用的制备方法，首先通过化学或电化学的方法对天然石墨进行氧化处理，制得氧化石墨或石墨烯氧化物，再通过还原剂或热处理将其还原为石墨烯。
这种方法具有成本低、产量大、工艺简单等优点。
三、超级电容器的基本原理与要求超级电容器是一种能够存储大量电荷并快速充放电的电容器件。
其工作原理主要基于电极材料的双电层效应和赝电容效应。
为满足高效率充放电的要求，电极材料需具备较高的比表面积、良好的导电性、较高的循环稳定性等特性。
四、石墨烯在超级电容器中的应用优势（一）高比表面积：石墨烯具有较高的比表面积，能提供更多的电化学反应位点。
（二）良好的导电性：石墨烯具有良好的电子传导性能，有助于提高电容器的充放电速率。
（三）出色的循环稳定性：石墨烯的化学稳定性好，循环使用次数多，有利于保持电容器的性能稳定。
（四）易于制备：石墨烯的制备工艺成熟，可以根据需要进行大规模生产。
石墨烯在超级电容器中的应用前言本文对超级电容器分别从定义，工作原理，特点和分类做了简单介绍，然后以南开大学陈永胜教授的一篇综述介绍了石墨烯在超级电容器中的应用，并做了具体的例证分析。
关键词：超级电容器石墨烯修饰石墨烯在储能领域的发展史上，大致可以分为第一代机械师储能，比如飞轮、发条，第二代化学式储能，如铅酸电池、镍氢镍镉电池以及锂离子电池等，第三代物理式储能如超级电容器。
超级电容器其实在我们生活中无处不在，如交通领域，在火车、巴士、汽车、卡车，能源领域，如新能源、风能和太阳能、电网削峰填谷、能量回收，工业领域，如起重机、阀门、挖掘机以及一些重型设备等，在电子领域，如硬盘、存储器和后备电源。
超级电容器已经是我们生活中必不可少的一部分，它在我们的社会中扮演着一个必不可少的角色，所以我们有必要深入地去了解一下什么是超级电容器。
超级电容器（supercapacitors），又称为电化学电容器（ECs）。
是一种介于电池和传统电容器之间的新型储能元件。
它是一种功率型的储能器件，通过电极材料与电解液界面形成双电层，或电极表面快速的氧化还原反应来储存电能。
主要包括：电极材料、集流体、电解液和隔膜，原理图如下：超级电容器有如下特点：（1）超高比容量（0.1-6000F）。
比传统电容器同体积电容量大2000-6000倍。
（2）充电速度快，只要充电几十秒到几分钟就可达到其额定容量的95%以上；而现在使用较多的铅酸电池、锂离子电池等充电通常需要几个小时。
（3）超长寿命，充放电大于40万次。
（4）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%；（5）温度范围宽：–40~ +70℃，一般电池是–20 ~ +60℃。
（6）免维护，环境友善。
它和我们常见的化学式储能的电池相比，以及和传统电容器在功率密度和能量密度上的比较如下图所示：超级电容器按机理可以分为两类：一类是双电层电容，依靠物理过程形成双电层来储存电荷；第二类是法拉第赝电容（法拉第准电容），它依靠高度可逆的吸脱附或者快速可逆的氧化还原反应来存储电荷。
石墨烯氧化物在超级电容器中的应用超级电容器是一种高性能储能器件，具有高能量密度、长寿命和快速充放电等优点。
在过去的几十年里，超级电容器一直受到科研和工业界的广泛关注。
然而，随着科技的不断发展，传统电极材料的储能性能已经难以满足现代电子设备的需求。
在这个背景下，石墨烯氧化物作为一种新型电极材料，被广泛研究，并显示出了很大的应用潜力。
石墨烯氧化物是通过将石墨烯与氧气等原子气体反应制备而成的。
石墨烯是由单层碳原子构成的二维晶体结构，在导电性、导热性和机械强度等方面具有卓越的性能。
而将石墨烯氧化处理后，可以获得石墨烯氧化物，在电化学性能上拥有更大的优势。
因此，石墨烯氧化物在超级电容器中的应用备受关注。
首先，石墨烯氧化物具有良好的电化学性能。
石墨烯氧化物具有较高的比电容和较低的电化学等效序列电阻（ESR），能够快速实现充放电过程。
其高比电容可以实现更高的能量密度，同时低的ESR可以保证电容器的稳定性和耐久性。
这些特性使得石墨烯氧化物成为优秀的电极材料，有助于提升超级电容器的性能。
其次，石墨烯氧化物还具有出色的循环稳定性。
超级电容器需要长时间的循环充放电过程，循环稳定性是评价电极材料性能的重要指标。
石墨烯氧化物能够保持较高的比电容在大量循环充放电过程中，不会出现明显的衰减。
这表明石墨烯氧化物具有出色的稳定性，可作为可靠的电极材料。
此外，石墨烯氧化物还具有可调控的表面活性位点。
石墨烯氧化物表面的氧化官能团可以在一定条件下进行调控，如改变氧化程度或引入其他官能团。
这些表面活性位点可以提供更多的活性反应位点，有助于增强电极与电解质之间的相互作用。
这样可以提高电荷传输速率和离子迁移率，进一步提高超级电容器的性能。
另外，石墨烯氧化物还具有良好的机械强度和柔性。
超级电容器作为一种电子器件，需要具备良好的可塑性和柔性，以适应不同场合的需求。
石墨烯氧化物良好的机械强度和柔性可以满足这一需求，使得超级电容器在不同的应用场景下具备更广泛的适用性。
《Co3O4及其复合材料的制备与在超级电容器中的应用研究》一、引言随着社会对能源的需求和环境的压力，新型能源储存技术正在逐渐崭露头角。
超级电容器作为一种新兴的储能器件，具有高功率密度、快速充放电等优点，被广泛应用于电动汽车、混合动力汽车、风能、太阳能等众多领域。
Co3O4作为一种重要的电极材料，因其高理论比电容和良好的循环稳定性，在超级电容器中具有广泛的应用前景。
本文旨在研究Co3O4及其复合材料的制备方法，并探讨其在超级电容器中的应用。
二、Co3O4及其复合材料的制备1. Co3O4的制备Co3O4的制备方法主要有热分解法、溶胶凝胶法、共沉淀法等。
其中，共沉淀法因其操作简便、成本低廉等优点被广泛应用。
具体步骤为：将钴盐溶液与碱性溶液混合，通过调节pH值使钴离子沉淀为Co(OH)2，再经过高温煅烧得到Co3O4。
2. Co3O4复合材料的制备为了提高Co3O4的电化学性能，常将其与其他材料进行复合。
如碳材料（如石墨烯、碳纳米管等）、金属氧化物（如SnO2、TiO2等）等。
这些复合材料可以通过溶胶凝胶法、水热法、化学气相沉积法等方法进行制备。
三、Co3O4及其复合材料在超级电容器中的应用1. 超级电容器的原理与特点超级电容器是一种基于双电层电容和法拉第赝电容原理的储能器件。
其特点包括高功率密度、快速充放电、循环寿命长等。
电极材料是超级电容器的关键部分，直接决定了其性能。
2. Co3O4在超级电容器中的应用Co3O4具有高理论比电容和良好的循环稳定性，因此被广泛应用于超级电容器中。
然而，纯Co3O4的导电性能较差，影响了其在超级电容器中的实际应用。
因此，研究如何提高Co3O4的导电性能和电化学性能具有重要意义。
3. Co3O4复合材料在超级电容器中的应用通过将Co3O4与其他材料进行复合，可以有效地提高其导电性能和电化学性能。
如碳材料可以提供良好的导电网络和高的比表面积，从而提高Co3O4的利用率；金属氧化物则可以提供更多的法拉第反应活性位点，从而提高电容性能。
文章编号：1007-8827（2014）03-0186-07还原氧化石墨烯/Mn 3O 4纳米复合材料的合成及其在超级电容器中的应用曲江英1，3，李雨佳1，李传鹏2，石琳1，邵光华1，高峰1，3（1．辽宁师范大学化学化工学院，功能材料研究所，辽宁大连116029；2．北华大学分析测试中心，吉林吉林132013；3．大连理工大学化工学院，炭素材料研究室暨精细化工国家重点实验室，辽宁大连116012）摘要：以改进的Hummers 法所制氧化石墨烯/硫酸锰（GO /MnSO 4）悬浊液为原料，原位合成GO /MnO 2复合物，再经低温热处理制备还原氧化石墨烯/Mn 3O 4（rGO /Mn 3O 4）纳米复合材料。
通过改变GO /MnSO 4悬浊液中MnSO 4的质量含量实现rGO /Mn 3O 4复合物中Mn 3O 4质量分数的可控调变。
该法充分利用氧化石墨烯原液中的锰离子，可节省原料，同时可避免氧化石墨烯繁琐的分离过程并简化实验步骤。
所得复合材料作为超级电容器电极材料展现良好的电化学电容性能，在饱和K 2SO 4电解质溶液和50mA ·g －1的电流密度下，Mn 3O 4质量含量为88%时其比电容达284F ·g －1。
关键词：石墨烯；四氧化三锰；绿色合成；复合材料；超级电容器中图分类号：TB333文献标识码：A收稿日期：2013-11-25；修回日期：2014-04-09基金项目：国家自然科学基金（50902066）；辽宁省微纳米技术及系统重点实验室、微系统与微制造辽宁省高校重点实验室开放基金（20110303）；中国博士后科学基金（2013M530922）．通讯作者：高峰，讲师．E-mail ：fenggao2003@163．com 作者简介：曲江英，博士．E-mail ：qujy@lnnu．edu．cn Synthesis of reduced grapheneoxide /Mn 3O 4nanocomposites for supercapacitorsQU Jiang-ying 1，3，LI Yu-jia 1，LI Chuan-peng 2，SHI Lin 1，SHAO Guang-hua 1，GAO Feng 1，3（1．Faculty of Chemistry and Chemical Engineering ，Instituteof Chemistry for Functionalized Materials ，Liaoning Normal University ，Dalian 116029，China ；2．Analytical and Testing Center of BeiHua University ，Jilin 132013，China ；3．Carbon Ｒesearch Laboratory ，School of Chemical Engineering ，State Key Lab of Fine Chemicals ，Dalian University of Technology ，Dalian 116012，China ）Abstract ：Ｒeduced graphene oxide /Mn 3O 4（rGO /Mn 3O 4）nanocomposites were prepared from MnSO 4and GO produced by amodified Hummers method．The GO was deoxygenated by heat treatment ，and MnO 2generated by hydrolysis of MnSO 4was simul-taneously reduced to Mn 3O 4．The Mn 3O 4content in the composites could be tailored by the volume of supernatant in the pristine GO /MnSO 4suspension．The maximum specific capacitance of the rGO /Mn 3O 4composite is 284F ·g －1at 50mA ·g －1as an anode material in a saturated K 2SO 4solution．This approach separates GO from the suspension without complicated procedures ，and cheap MnSO 4is used as a Mn 3O 4source．Keywords ：Graphene ；Manganese tetroxide ；Green synthesis ；Composite materials ；SupercapacitorFoundation item ：National Natural Science Foundation of China （50902066）；Foundation of Key Laboratory for Micro /Nano Tech-nology and System of Liaoning Province ＆Key Laboratory for Microsystem and Microfabrication of the Education Department of Liaoning Province （20110303）；China Postdoctoral Science Foundation （2013M530922）．Corresponding author ：GAO Feng ，Lecturer．E-mail ：fenggao2003@163．comAuthor introduction ：QU Jiang-ying ，Ph．D．E-mail ：qujy@lnnu．edu．cn第29卷第3期2014年6月新型炭材料NEW CAＲBON MATEＲIALS Vol．29No．3Jun．20141前言随着全世界对能源需求的日益增长，激发了人们对能量储存和能量转换研究的广泛兴趣。
超级电容器具备功率密度高、循环使用寿命长、使用成本低等优点被认为是一种很有发展前景的高效能量储存装置［1］。
电极材料是决定超级电容器性能的关键因素之一，目前超级电容器的电极材料的主要分为三类：炭材料、金属氧化物和导电聚合物材料［2-5］。
由于金属氧化物电极上能够发生快速可逆的氧化还原反应，而且该反应能深入到电极内部，可实现能量在三维空间的存储从而提高了能量密度，因此金属氧化物作为电极材料的研究越来越受到重视。
目前具有应用前景的的金属氧化物电极材料主要为MnO x（x=2或3/4）、NiO、Co3O4、IrO2和ＲuO2等［6-11］，其中Mn3O4具有原料丰富、成本低、环境友好等优点，但电导率（10－7 10－8S/cm）较低而限制了其在超级电容器领域的应用［10，11］。
为了克服这一缺陷，研究人员试图将Mn3O4与导电性能较好的炭材料复合［12，13］。
石墨烯具有导电导热性好、机械强度高和比表面积大等优点［14-17］，将其与Mn3O4复合可弥补后者导电率低的缺点，有望成为优良的超级电容器复合电极材料［18-20］。
最近科研工作者在石墨烯/Mn3O4复合材料制备及应用领域开展了许多工作并取得了一定的进展。
例如，Dai课题组［21］以氧化石墨烯（GO）和乙酸锰为原料，经两步法制得了石墨烯/Mn3O4的纳米复合材料，该材料用作锂离子电池的电极材料展现了优异的电化学性能。
Wang等［22］向GO中加入乙酸锰，在180ħ水热条件下制得石墨烯/Mn3O4的纳米复合物，在碱性电解质溶液中其比电容达236．7F·g－1。
Wang等［23］先将GO用肼还原成石墨烯后再与MnO2有机溶胶在乙二醇中复合，经450ħ热处理后得到石墨烯/Mn3O4复合物，在6mol·L－1KOH电解质溶液中比电容高达256F·g－1。
总结现有石墨烯/Mn3O4复合材料制备的报道［12，13，20-25］，共同特点是采用Hummers法所制GO为石墨烯的原料，并外加含锰化合物作为锰源可实现石墨烯/Mn3O4复合物的制备。
众所周知，Hummers法制备GO的过程中氧化剂高锰酸钾被还原成二价锰盐，以此二价锰盐和GO为原料原位制备还原氧化石墨烯/Mn3O4（rGO/Mn3O4）复合物是节约成本、保护环境及适应绿色化学要求的方法。
笔者在改进的Hummers法所制GO/MnSO4悬浊液中加入KMnO4，原位制备GO/MnO2复合材料，再经低温热处理制备rGO/Mn3O4纳米复合材料并考察其电化学电容性能。
2实验2．1改进的Hummers法制备GO/MnSO4悬浊液5g鳞片石墨和120mL质量分数98%的浓硫酸加入到1000mL的烧杯中，在冰浴冷却下电动搅拌10min，然后向烧杯中加入2．97g KNO3，继续搅拌2h后缓慢加入15g KMnO4，加入过程中保持混合物的温度在20ħ以下。
在冰浴条件下继续搅拌2h 后，将混合物转移到35ħ水浴中搅拌45min，然后缓慢加入230mL去离子水，接着将水浴升高到98ħ并继续搅拌30min。
从水浴中取出烧杯并加入60ħ的去离子水至混合物的体积为800mL，继续搅拌使温度降至室温。
最后加入5mL质量分数为30%的H2O2并继续搅拌2h，得到GO/MnSO4悬浊液。
上述GO/MnSO4悬浊液中锰离子的含量通过以下方法测得。
取混合均匀的悬浊液10mL离心，得到8．2mL上清液和GO固体。
取2．0mL上层清液加入一定量的去离子水和浓度为10%的盐酸羟氨溶液，然后用NH3-NH4Cl缓冲溶液将溶液的pH 调节至10；以铬黑T为指示剂，用0．025mol·L－1 EDTA溶液进行滴定，当溶液由紫色变为浅蓝色为滴定终点。
以EDTA与Mn2+的物质的量之比为1ʒ1计算Mn2+的浓度为0．20mol·L－1。
将离心所得GO 固体多次洗涤、离心至洗涤液呈中性，回收全部洗涤液并定容到200mL，用上述方法测定其浓度为0．002mol·L－1，计算出回收液中Mn2+的物质的量为0．0004mol。
据此计算出GO/MnSO4悬浊液中MnSO4的浓度为0．205mol·L－1。
2．2GO/MnO2和rGO/Mn3O4复合物的制备取混合均匀的GO/MnSO4悬浊液10mL，加去离子水将溶液稀释至pH=1。
