石墨烯/过渡金属氧化物复合材料的电化学可控合成及超级电容性能研究

In this project, to improve the electrochemical performance of supercapacitor electrode materials, graphene/transition metal oxide composite electrode materials will be prepared by a simple electrochemical synthesis method. The relationship of electrochemical synthesis condition, product structure and electrochemical performance will be systematic researched to explore the experiment law of electrochemical synthesis in preparing the graphene composites; With different composition of oxides and graphene, the synergistic effect of materials will be researched, to maximize the specific capacity and stability of electrode materials. The electrochemical synthesis and performance research of graphene/transition metal oxide electrode materials will be conducted, through the regulation of various electrochemical conditions and different electrochemical performance tests, to reveal the relationship between structure and performance of electrode materials, finally developing a kind of electrode materials with excellent electrochemical performance and providing a regular guidance to the research of the supercapacitor electrode materials.

本项目将以一种简单的电化学方法作为技术手段，以提高超级电容器电极材料的电化学性能为目的，制备石墨烯/过渡金属氧化物复合电极材料。系统研究合成条件、产物结构与电化学性能的关系，探索电化学合成石墨烯复合材料的实验规律；通过不同组分的金属氧化物与石墨烯进行复合，充分发挥材料的协同作用，实现比容量、稳定性的最大化。本研究将系统展开石墨烯/过渡金属氧化物复合材料的可控电化学合成和性能研究工作，通过各种电化学条件的调节和不同复合材料的电化学测试，揭示影响电极材料结构与性能的关系，最终开发出电化学性能优异的电极材料，为超级电容器电极材料的研究提供规律性指导。

本项目针对双电层电极材料与赝电容电极材料各自存在的问题，借助不同的复合路线，制备了具有不同成分与结构的复合超级电容器电极材料，以增强电极材料的电化学性能。系统研究了不同复合电极材料的构筑机理，以及复合材料结构形貌与最终电化学性能之间的构效关系。并根据上述反馈的构效关系，进一步调控复合材料之间的成分配比与结构，实现材料性能的进一步优化，同时修正结构与性能之间的构效关系，最终实现材料性能的精准调控。此课题的研究结果将为研发高能量密度，高功率密度，长循环寿命的廉价超级电容器电极材料提供现实依据和理论基础。借助石墨烯、碳量子点、金属氧化物等材料高导电性的优势，增强过渡金属基纳米材料的电子传递速度，利用过渡金属基纳米材料优异的氧化还原活性，弥补了碳基材料在能量密度上的不足，通过复合材料的构筑制备了性能更优异的超级电容器电极材料。此外，在本项目的支持下我们还探索了一系列复合材料在其它能源存储与转换领域的应用，以通讯作者发表本领域相关SCI论文58篇，如：ACS Central Sci., Energy Storage Mater., Adv. Funct. Mater., Appl. Catal. B-Environ., Small, J. Power Sources, Science. China. Mater.等。