聚苯胺与石墨烯复合电极的制备与性能研究(3)
石墨烯的另一个显著的优势大大影响它在电化学中电荷转移速率，这个优势就是在其边缘或表面有含氧基团的存在[15]。当需要控制吸附功能基团时，这些含氧基团就可以提供便捷的吸附场所，这预计类似于CNT的吸附功能[16]，因此那些特殊基团就可以被引进来在电化学电池和燃料领域发挥至关重要的作用[10]，比如含氧有机团可以用作像锚一样的场所来吸附葡萄糖氧化酶使用于一系列产能应用中。值得注意的是，基于石墨烯的电极具有的特殊电化学性质能够通过化学变化来修饰或调整，以适应其应用[17]。但是它仍然颇具争议，到底是其表面的氧化物，还是其内部的缺陷能够改变石墨烯的电学和化学性质，它们各自是有益的还是有害都还没有明确。
虽然每个石墨烯都有不同的电化学性质，但是很明显作为整体，石墨烯却展示着其巨大的比表面积，最快的电子迁移率，超高的电导率，以及最出色地电子性能，在与其它可能的电极材料相比（石墨，CNT和传统贵金属），它敏锐的电子特性（相互吸引作用，强大的吸收能力）表明在未来能量产生和存储领域是可行的；因此就“理论上”而言，在很多应用中，石墨烯性能有可能远远优于其它同类产品[12]。
1.1.3 石墨烯作为电极材料
石墨烯是完全离散的单层碳材料，其整个表面可以形成双电层，因而在应用于超级电容器上有独特地优势。但是在形成宏观集体过程中，石墨烯片层之间互相杂乱叠加，会使得形成有效双电层面积减少。虽然如此，石墨烯的比电容仍然可以达到100 F•g-1左右。如果石墨烯巨大地比表面积能够得到最大的利用，将获得远高于其它碳材料的比电容因此基于石墨烯的超级电容器具有良好地功率特点。
H.B. Heersche等人[18]研究石墨烯作为电极材料，大量生产石墨烯单片（GNS），控制窄孔径在4 nm，直接以石墨氧化并快速加热，发现得到的石墨烯单片（GNS）在特定电流0.1 A•g-1充放电循环500次情况下，它的电容稳定文持在150 F•g-1[11]. Wang等人同样研究石墨烯作为潜在的超级电容器电极材料，在能量密度为28.5 Wh•kg-1与功率密度为10 kW•kg-1下测得石墨烯最大电容为205 F•g-1，循环能力非常好，即使循环1200次后，其电容仍然剩余90%。有趣的是，其他的成果[14]表明，利用电泳沉积法沉积石墨烯单片（GNS）在镍泡沫上形成三文多孔结构，用循环伏安法（CV）测量，在扫描率为10 mV•s-1时，得到164 F•g-1高比容，经过700次循环后，电容仍剩余最大电容的61%。
此外，沉淀有银纳米粒子的石墨烯电容得到大大提高，而且也电荷转移也得到改进。然而，更令人兴奋的发展前景来自于Vivekchand等人的工作[19]，他们的成果显示石墨烯通过氧化的石墨以及离子液体，工作电压提高至3.5 V，电容和能量密度分别达到75 F•g-1和31.9 Wh•kg-1，超越了电容为64 F•g-1的单壁碳纳米管（SWCNT）及14 F•g-1的多壁碳纳米管（MWCNT）[20]；作者声称目前报道中，能量密度是这些品质中最有价值的一个，这也可推断出就一定石墨烯层数和固有比表面积而言，石墨烯的性能特点直接与其品质相关。
图1.2 基于石墨烯材料的超级电容器实验测试装置示意图[3]
然而，显而易见的是一般石墨烯的比电容并没有预期的那么高。为此，值得我们注意的是，许多研究人员为得到更高电容性能，转而研究石墨烯混合材料。Wang等人[21]就是一个明显的例子，他们用纤文状聚苯胺掺杂氧化层状石墨烯，得到100:1的聚苯胺/石墨烯，这种改性材料经充放电分析后表现出很高的电容531 F•g-1，单独聚苯胺只有216 F•g-1。很明显添加石墨烯以及氧化石墨烯的纳米复合材料对电化学电容性能有深远的影响。
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