分类号： 密级：UDC ： 编号：专 业 硕 士 学 位 论 文Ni(OH)2/C 复 合 材 料 的 制 备 及 超 级 电 容 器 性 能研究硕 士 研 究 生 ：杜龙飞指 导 教 师 ：王贵领 教 授学 科 、 专 业 ：化学工程论 文 主 审 人 ：曹殿学 教 授哈 尔 滨 工 程 大 学2013 年 06 月分类号： 密级：UDC ： 编号：专 业 硕 士 学 位 论 文Ni(OH)2/C 复 合 材 料 的 制 备 及 超 级 电 容 器 性 能研究硕 士 研 究 生 ：杜龙飞指 导 教 师 ：王贵领 教 授学 位 级 别 ：工程硕士学 科 、 专 业 ：化 学 工 程所 在 单 位 ：材料科学与化学工程学院论文提交日期 ： 2013 年 05 月 21 日论文答辩日期 ： 2013 年 06 月 21 日学位授予单位 ：哈尔滨工程大学Classified Index:U.D.C:A Dissertation for the Degree of M. EngSynthesis of nickel hydroxide/carbon compositeas supercapacitor materialsCandidate: Du LongfeiSupervisor: Prof. Wang GuilingAcademic Degree Applied for: Master of EngineeringSpecialty: Chemical EngineeringDate of Submission: May 21, 2013Date of Oral Examination: June 21, 2013University: Harbin Engineering University哈 尔 滨 工 程 大 学学 位 论 文 原 创 性 声 明本 人 郑 重 声 明 ： 本 论 文 的 所 有 工 作 ， 是 在 导 师 的 指 导 下 ， 由 作 者 本 人 独 立 完成 的 。 有 关 观 点 、 方 法 、 数 据 和 文 献 的 引 用 已 在 文 中 指 出 ， 并 与 参 考 文 献 相 对 应 。除 文 中 已 注 明 引 用 的 内 容 外 ， 本 论 文 不 包 含 任 何 其 他 个 人 或 集 体 已 经 公 开 发 表 的作 品 成 果 。 对 本 文 的 研 究 做 出 重 要 贡 献 的 个 人 和 集 体 ， 均 已 在 文 中 以 明 确 方 式 标明 。 本 人 完 全 意 识 到 本 声 明 的 法 律 结 果 由 本 人 承 担 。作 者 （ 签 字 ） ：日 期 ： 年 月 日哈 尔 滨 工 程 大 学学 位 论 文 授 权 使 用 声 明本 人 完 全 了 解 学 校 保 护 知 识 产 权 的 有 关 规 定 ， 即 研 究 生 在 校 攻 读 学 位 期 间 论文 工 作 的 知 识 产 权 属 于 哈 尔 滨 工 程 大 学 。 哈 尔 滨 工 程 大 学 有 权 保 留 并 向 国 家 有 关部 门 或 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 。 本 人 允 许 哈 尔 滨 工 程 大 学 将 论 文 的 部 分 或 全 部 内容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检 索 ， 可 采 用 影 印 、 缩 印 或 扫 描 等 复 制 手 段 保 存 和 汇 编 本学 位 论 文 ， 可 以 公 布 论 文 的 全 部 内 容 。 同 时 本 人 保 证 毕 业 后 结 合 学 位 论 文 研 究 课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解 密 后 适 用 本 声 明 。本 论 文 （ 在授予学位后即可 在 授 予 学 位 12 个 月 后 解 密 后 ） 由 哈 尔 滨工 程 大 学 送 交 有 关 部 门 进 行 保 存 、 汇 编 等 。作 者 （ 签 字 ） ： 导 师 （ 签 字 ） ：日 期 ： 年 月 日 年 月 日Ni(OH)2/C 复合材料的制备及超级电容器性能研究摘 要氧 化 石 墨 烯 和 碳 纳 米 管 （ CNTs） 都 具 有 非 常 优 异 的 电 学 、 力 学 和 光 学 性 质 ， 是 超级 电 容 器 电 极 材 料 中 最 有 潜 力 的 两 种 碳 材 料 。 氧 化 石 墨 烯 （ GO） 作 为 石 墨 烯 最 重 要 的衍生物之一，同样具有准二维层状结构，而且在片层之间含有大量的- OH、 -COOH、-C=O 等极性基团，可以极大的提高石墨烯的亲水性，提供丰富的嵌入化学特性，有效防止层间堆叠，降低生产成本。碳纳米管可以看做是单片碳层卷曲成管，具有独特的中空结构、纳米尺寸和良好的导电性，去除封口的 CNTs 中 ， 中 孔 相 互 连 接 使 电 荷持 续 积 累 ， 几 乎 利 用 了 所 有 的 有 效 表 面 积 ， 为 其 在 超 级 电 容 器 中 应 用 提 供 了 有 利 条 件 。本 文 采 用 了 XRD、 SEM、 TEM、 IR 手段对制备的两种复合材料进行了物相分析，运用循环伏安、交流阻抗、恒电流充放电对电极物质进行了电化学性能测试。本 文 通 过 采 用 改 进 的 Hummers 法 与 超 声 波 作 用 首 先 制 得 氧 化 石 墨 烯 ， 然 后 采 用 水热 合 成 法 制 备 氢 氧 化 镍 /氧 化 石 墨 烯 复 合 物 。 研 究 表 明 ， 制 得 的 氧 化 石 墨 烯 表 面 较 粗 糙 ，不 完 全 是 单 片 层 结 构 ， 存 在 多 个 单 片 层 的 叠 加 ， 呈 现 明 显 的 双 电 层 电 容 特 性 ， 在 5mAcm-2 放 电 电 流 密 度 下 ， 放 电 比 容 量 达 到 112 Fg-1； 氢 氧 化 镍 /氧化石墨烯复合物中含氧官能团表征明显，氢氧化镍结晶良好，以 -Ni(OH)2 形式存在，最优合成比的复合材料赝电容特性明显，稳定放电比容量达到 816 Fg-1， 性 能 远 在 普 通 石 墨 之 上 。本论文采用两步法制备了氢氧化镍/ 碳 纳 米 管 复 合 材 料 ， 并 对 其 结 构 及 性 能 进 行 了研 究 。 研 究 显 示 ， 所 制 备 的 氢 氧 化 镍 /碳 纳 米 管 复 合 材 料 相 对 于 碳 纳 米 管 ， 管 径 明 显 变大，电化学性能有了显著提升。其中最优条件制备的复合材料循环伏安及恒电流充放电测试显示出赝电容特性，在 2 Ag-1 放 电 电 流 密 度 下 比 容 量 达 到 924.4 Fg-1， 相 对 于碳 纳 米 管 的 双 电 层 电 容 16 Fg-1 有 了 相 当 大 的 的 提 高 。分别将氢氧化镍/ 氧 化 石墨烯和氢氧化镍/ 碳 纳米管复合材料与活性炭电极组装成非对称型超级电容器，考察了其电化学性能，研究表明 Ni(OH)2-GO/AC 展 现 出 优 良的 循 环 稳 定 性 ； Ni(OH)2-CNT/AC 具 备 更 高 的 功 率 密 度 和 能 量 密 度 ， 当 功 率 密 度 达 到2484.5 Wkg-1 时 能 量 密 度 仍 有 25.5 Whkg-1。关 键 词 ： 氧 化 石 墨 烯 ； 碳 纳 米 管 ； 氢 氧 化 镍 ； 超 级 电 容 器哈尔滨工程大学硕士学位论文Ni(OH)2/C 复合材料的制备及超级电容器性能研究ABSTRACTGraphene oxide (GO) and Carbon nanotubes (CNTs) are two types of the mostpotential supercapacitor materials with good electrical, mechanical and optical properties.As an important derivative of graphene, GO is also a typical two-dimensional layerednanomaterial with plenty of functional groups such as -OH, -COOH and -C=O on itssurface, which can significant lead to improving the hydrophilicity , providing richembedded chemical properities, preventing the stack layers effectively. Carbon nanotubes isanother excellent carbon material, which has a unique structure of hollow structure,nanosize and good conductivity, provides the favorable condition to application insurpercapacitors. Compared with another carbon materials, the opened CNTs can be used ofalmost all the effective surface area because of the interconnected holes, and make chargescontinue to accumulate. The crystal structure and morphology of the two obtained sampleswere characterized by SEM, TEM, XRD and IR, while the investigations of theelectrochemical performances were carried out through cyclic voltammetry (CV),electrochemical impedance spectrum (EIS) and galvanostatic charge/discharge text.We prepared GO using an improved Hummers method followed with sonication, andobtained Ni(OH)2/GO composite by hydrothermal method which leaded Ni2+ swim onto thesheets of GO, and grow on it in the form of Ni(OH)2. It shows the surfaces of grapheneoxide in the composite of Ni(OH)2/GO are rough and the layers are multi-stacked, and theinitial discharge capacity is 120 Fg-1. The typical XRD pattern of Ni(OH)2/GO exhibits theobvious oxygen-containing functional groups of GO and a high purity of -Ni(OH)2. Thecomposite electrode material shows pseudocapacitance, and stable discharge capa