石墨烯材料具有特殊结构和优异性能,已经在各个领域得到了深入地研究,而石墨烯材料所独有的超大的理论表面积以及高导电性的电学特性,使其成为获得高效储能材料的优选载体。非平衡(低温)等离子体具有高分布的活性粒子,可以降低物质的活化能,缩短反应时间,并且可以通过结构的改善,控制能流方向,获得较大能流密度,各种气体均可以作为等离子体的气源,在反应中可以用于氧化、还原、激发和掺杂。介质阻挡放电(DBD)等离子体射流可以在大气压下产生,可以根据反应类型选择放电气体,而DBD等离子体射流的产生装置的结构形式多样,可以根据需求实现放电区与工作区的分离,并且易于操作,反应迅速。本文以单电极DBD结构为基础,设计了一套等离子体射流引发装置,以氢气和氩气为工作气体,获得具有高还原性质的氢等离子体射流(APPJ-H),在还原金属离子和氧化石墨烯的反应中,表现出了极其高效的优势,以此为基础,制备RGO以及石墨烯改性材料,并研究这些材料的电学性能;以氧气和氩气为工作气体进行液相反应,获得具有高氧化还原电位的活性成分的氧等离子体射流(APPJ-O),实现苯胺的原位氧化聚合反应,获得具有较高比电容值的PANI与石墨烯的复合材料。(1)利用APPJ-H还原氧化石墨烯,发现该反应迅速(<120s),可以获得单层或少层的还原氧化石墨烯,该材料的比表面积为145 m2·g-1,在电容性能测试中表现出了典型的双电层电容特性。当电流密度为0.2 A·g-1时,获得了最大的比电容值约为85.4 F·g-1,能量密度达到11.82 Wh·kg-1,并在此电流密度下循环1000次后,比电容衰减29.03%,表明石墨烯电极材料具有一定的稳定性,但仍需要提高。利用大气压等离子体射流装置制备了 N掺杂石墨烯和N、S共掺杂石墨烯材料,通过透射电镜分析、Raman光谱分析、红外光谱分析等手段,对获得的石墨烯材料进行形貌和结构表征,并测试其超级电容性能,当电流密度为0.2 A·g-1时,NG和NSG的比电容值分别达到了 118 F·g-1和350 F·g-1。(2)采用APPJ-O原位聚合制备PANI/GO复合材料,经FTIR、Raman光谱和TEM表征和分析,说明苯胺在GO表面原位聚合,并有一定数量的聚苯胺颗粒较为均匀的与GO结合,并且PANI包覆在GO上的数量与反应底物苯胺的投料量有一定关系。结果表明,具有更高PANI占比的P3G1的电容性能更好,显现出了赝电容的一些特性,在电流密度为0.2 A·g-1时,比电容值可达196.4 F·g-1,并且电荷传递电阻比较小。本方法有望进一步提高PANI的包覆量,应该会使复合材料的电容性能得到提升,需要开展更进一步的工作。(3)APPJ可以有效地对溶液中的Pt离子进行还原,形成一种纳米分散液,其还原产物主要以零价Pt为主,处理时长会对纳米颗粒的粒径有一定的影响;当反应体系中加入二元金属Co之后,发生还原反应后得到一种壳核结构的类球状的PtCo合金纳米颗粒,其中Pt元素主要以Pt0和Pt2+两种形式存在,Co元素以金属氧化物的形式存在于合金粒子之中。采用APPJ法制备Pt/RGO和Pt-Co/RGO(ωPt约10%),Pt以Pt0为主要存在形式,但也存在少量的Pt2+和Pt4+,在Pt-Co/RGO中以Co2O3、Co(OH)2和Co3O4等氧化态存在,形成壳核结构的类球状纳米颗粒,在N2饱和0.5 mol·L-1 H2SO4和1.0 mol·L-1 CH3OH的电解质溶液中进行CV测试,PtCo/RGO催化剂的阳极峰电流值达到507 mA·mg-1。