石墨烯/多金属氧酸盐复合材料的制备及性能研究

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多金属氧酸盐(POMs),简称多酸。作为纳米级过渡金属氧簇,具有高的理论比容量,优异的电子/质子传输/储存性能,高的热稳定性等优点。POMs用于制备电极材料,可广泛应用于能量储存器件。但由于POMs易溶于水,因此,在电化学领域应用时,需要被整合形成复合材料。石墨烯(RGO)是由C原子以sp2杂化方式形成的单原子二维平面结构材料,其优异的电化学性质和大的比表面积,使得它在能量存储和转化方面具有重要的应用前景。目前,POMs与RGO复合材料仅有少量文献报道。将POMs与RGO复合,发挥各组分优势,实现协同效应,可以使材料的性能得到更大的提高。本文提供了一种简单的石墨烯与多酸复合材料的制备方法,该方法通过加入离子液体聚合物(PIL),从而将PMo11V和RGO连接起来,同时也可以使PMo11V在RGO片层表面分布更为均匀。对RGO/PIL/PMo11V复合材料进行红外光谱、热重分析、拉曼光谱、扫描电镜、X射线光电子能谱等测试手段进行表征,结果显示多酸颗粒成功附着到石墨烯片层上。将该复合材料作为电极材料组装成对称的两电极体系超级电容器,并对其进行电化学性能的研究。结果表明,与石墨烯相比,复合材料RGO/PIL/PMo11V具有更大的比容量,在0.1 A/g的电流密度下,电容达到了356 F/g,并且在7 A/g的电流密度下,经过500次充放电循环后,容量保持率为80.3%,展现了较好的循环稳定性。本文共探究了五种不同的多酸,即Keggin结构1:12钼磷酸(PMo12)、一钒取代1:12钼磷酸盐(PMo11V)、二钒取代1:12钼磷酸盐(PMo10V2)、Dawson结构一钒取代2:18钼磷酸盐(P2Mo17V)、二钒取代2:18钼磷酸盐(P2Mo16V2),分别与石墨烯复合所得到材料的电化学性能,进一步拓展了多酸与石墨烯复合材料在电化学领域的研究应用。
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