有机电解液中氧化石墨插层复合物的电容形成机制和离子传输特性研究

最新的研究发现，氧化石墨插层复合物是一类具有高能量密度和具有商业化潜力的新型电极材料，但其电容形成机制尚不明确。本课题以脂肪族二胺为客体分子，与氧化石墨形成插层复合物。通过X-射线和透射电子显微镜等表征手段，研究脂肪族二胺碳链的长度与氧化石墨片层间距之间的关系，达到通过调节客体分子碳链的长度来控制氧化石墨烯片层间距的目的。在此基础之上，通过ex-situ X-射线衍射和电化学膨胀计等手段探索电解质离子进入氧化石墨烯片层的方式。借助系统的电化学分析方法研究氧化石墨烯片层间距、含氧官能团密度等对电容形成和离子传输特性的影响。本课题的顺利实施，将形成氧化石墨插层复合物电极材料的优化设计理论，为优化设计性能更加优异的氧化石墨插层复合物电极材料奠定理论基础。

最新的研究发现，氧化石墨插层复合物是一类具有高能量密度和具有商业化潜力的新型电极材料，但其电容形成机制尚不明确。在课题研究中，我们首先制备氧化石墨，然后采用不同碳链长度的脂肪族二胺与氧化石墨反应，制备系列的氧化石墨插层复合物。通过水合肼还原制备了还原氧化石墨插层复合物。结构测试表明，石墨烯片层间距随着二胺分子碳链长度的增加而增加，即我们可以通过调节客体分子碳链的长度来控制氧化石墨烯片层间距。石墨烯的表面含氧官能团浓度也可以通过还原程度来控制。.在此基础上，以插层复合物组装成工作电极，以铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在三电极体系下研究石墨烯片层间距与复合物比电容之间的关系。研究结果表明，随着石墨烯片层间距的增大，复合物的电化学电容值变小，这说明增加石墨烯片层间距不利于比电容值的提高。采用反应动力学方程解析计时电流曲线，研究了电解质离子在不同间距氧化石墨层间扩散的动力学行为，结果表明电解液离子在氧化石墨片层间的扩散满足拟二级动力学扩散模型，且电解液离子的扩散动力学常数随着氧化石墨片层间距的增大而增大。课题还研究了含氧官能团密度对复合物比电容值的影响，结果表明含氧官能团密度的降低，有助于提高复合物的导电性，从而增加复合物的比电容值。同时，含氧官能团密度决定石墨烯片层的亲疏水性，进而影响电解液离子的扩散速率。.基于以上系统的实验研究，我们揭示氧化石墨插层复合物的电容形成机制，掌握氧化石墨烯片层间距、含氧官能团密度等对电容形成和离子传输特性的影响，形成了氧化石墨插层复合物电极材料的优化设计理论，为优化设计性能更加优异的氧化石墨插层复合物电极材料奠定理论基础，相关研究成果产生了15篇科技论文，其中SCI收录13篇，EI收录14篇。