石墨烯基超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的研究進(jìn)展

劉亭亭，邵光杰

（1. 東北石油大學(xué) 秦皇島分校，河北 秦皇島 066004；2. 燕山大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

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石墨烯基超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的研究進(jìn)展

劉亭亭1,2，邵光杰2

（1. 東北石油大學(xué) 秦皇島分校，河北 秦皇島 066004；2. 燕山大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

摘要:鑒于石墨烯基復(fù)合材料在超級(jí)電容器領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景，綜合國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，同時(shí)結(jié)合所在課題組的研究成果，對(duì)石墨烯同金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物以及其他碳材料所形成的二元及三元復(fù)合材料的制備方法，及其用作超級(jí)電容器電極材料所表現(xiàn)出的優(yōu)良性能等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，最后對(duì)石墨烯基復(fù)合材料的未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞:石墨烯；超級(jí)電容器；綜述；復(fù)合材料；金屬氧化物；導(dǎo)電聚合物；電化學(xué)性能

邵光杰（1962－），男，河北秦皇島人，教授，主要從事電化學(xué)方面的研究。

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-05-31 11:06:14 網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1241.TN.20160531.1106.004.html

超級(jí)電容器作為一種新型、高效、環(huán)保的儲(chǔ)能元件，兼具傳統(tǒng)電容器與電池的許多優(yōu)點(diǎn)，在消費(fèi)電子、軌道交通、航空航天、軍事、國(guó)防等領(lǐng)域均具有廣闊的應(yīng)用空間和發(fā)展前景[1-2]，在世界范圍內(nèi)引起了極大關(guān)注，成為能源領(lǐng)域重要的前沿技術(shù)之一。電極材料是超級(jí)電容器的主要組成部分，是決定其性能的關(guān)鍵指標(biāo)，有關(guān)電極材料的制備及性能方面的研究一直是超級(jí)電容器領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，納米材料與科技的發(fā)展日新月異，一些新的材料被用作超級(jí)電容器電極材料以改善其性能，已取得了一系列令人欣喜的成果[3]。在諸多被用作超級(jí)電容器電極的材料中，以碳材料(如：活性炭[4]、碳納米管[5]、碳纖維[6]、碳?xì)饽z[7]等)的應(yīng)用最為廣泛和成熟。

自2004年Geim研究組[8]從石墨中成功分離出石墨烯以來(lái)，石墨烯因其優(yōu)異的特性，在微電子、光電子、儲(chǔ)能器件等眾多領(lǐng)域，展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用前景。因石墨烯具有極大的比表面積、優(yōu)良的導(dǎo)電性，石墨烯及其復(fù)合材料在超級(jí)電容器領(lǐng)域的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注[9]。本文主要對(duì)石墨烯及復(fù)合材料，在超級(jí)電容器領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行簡(jiǎn)要的綜述。

1　 石墨烯超級(jí)電容器電極材料的優(yōu)勢(shì)

1.1 雙電層電容電極材料

雙電層電容器主要使用具有高比表面積的碳材料作為電極材料，通過(guò)離子在電解液/電極界面的可逆吸附來(lái)存儲(chǔ)電荷[10]。通過(guò)優(yōu)化孔尺寸和孔徑分布可以大幅提高活性電極材料的比表面積[11]，這利于電極表面與電解液之間更有效的接觸。此外，若設(shè)計(jì)成分級(jí)的多孔結(jié)構(gòu)，將更好地促進(jìn)離子到碳表面的高速擴(kuò)散[12]。但碳材料比表面積的增加并不是無(wú)限的，因?yàn)殡S著比表面積增加，單位面積上的碳原子數(shù)目將大量減少，這使得碳材料的導(dǎo)電性變差，不利于能量快速、大量地存儲(chǔ)，難以獲得更高的雙電層電容[13]。

1.2 贗電容電極材料

與雙電層電容相比，贗電容(法拉第準(zhǔn)電容)源于電解液和活性電極材料在電極表面發(fā)生的快速、可逆的氧化還原反應(yīng)[10]。其主要過(guò)程與電池相似，不同的是贗電容器的充放電過(guò)程可逆，而電池則不可逆。贗電容材料主要有過(guò)渡金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物兩類。

影響法拉第過(guò)程的因素主要有兩個(gè)：一是要有充足的反應(yīng)活性位點(diǎn)；二是要有足夠的電解液離子和電子快速參與到反應(yīng)中。對(duì)于前一因素，可以制備納米尺寸的介孔材料作電極材料，以提高其比表面積。對(duì)于后一因素的實(shí)現(xiàn)，也要選擇具有良好導(dǎo)電性的多孔活性材料用作電極，以利于電解液離子擴(kuò)散至活性位點(diǎn)并與之緊密接觸。盡管贗電容要高于雙電層電容，但其電極材料導(dǎo)電性往往較差，且在充放電過(guò)程中易發(fā)生分解[14-15]，這些都限制了它們的進(jìn)一步應(yīng)用。而這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)合成復(fù)合材料得以解決。通?？梢赃x擇具有良好導(dǎo)電性和大比表面積的碳材料作為基體，具有贗電容的活性材料分布于其表面之上，這樣既可實(shí)現(xiàn)贗電容的高效利用，同時(shí)還可改善復(fù)合材料的導(dǎo)電性和力學(xué)性能，從而獲得更好的電化學(xué)性能。

1.3 基于石墨烯的電極材料

以碳材料為代表的雙電層電容器電極材料和以金屬氧化物及導(dǎo)電聚合物為代表的贗電容電極材料都有其各自的優(yōu)越性，但同時(shí)也各有各的不足，為了獲得更為突出的電化學(xué)性能，既利用各材料的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)彌補(bǔ)各自的不足，關(guān)于復(fù)合材料的制備與性能研究成為當(dāng)今超級(jí)電容器電極材料的研究熱點(diǎn)。影響超級(jí)電容器電化學(xué)性能的因素主要有三個(gè)方面：一是材料的導(dǎo)電性，這主要可以通過(guò)減小活性材料尺寸或者是添加具有良好導(dǎo)電性的碳材料來(lái)實(shí)現(xiàn)；二是比表面積的大小，通過(guò)制備微孔或介孔材料可以獲得較大的比表面積；三是離子傳輸，多孔的層級(jí)結(jié)構(gòu)利于離子的快速傳輸。基于此，碳基復(fù)合材料是復(fù)合材料研究的首選，其中主要利用碳材料導(dǎo)電性優(yōu)良、比表面積較大、性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，其與過(guò)渡金屬氧化物或者導(dǎo)電聚合物復(fù)合可以彌補(bǔ)它們導(dǎo)電性較差、循環(huán)穩(wěn)定性不好等缺陷，發(fā)揮其較高贗電容的優(yōu)勢(shì)。

碳材料種類多樣，應(yīng)用在復(fù)合物研究中的種類也較多。石墨烯是碳材料的一種，應(yīng)用于超級(jí)電容器電極材料除具有碳材料在電化學(xué)循環(huán)中穩(wěn)定性極好等優(yōu)點(diǎn)外，石墨烯作為一種只有單原子厚度、可無(wú)限擴(kuò)展的二維晶體材料[16-17]，其在超級(jí)電容器領(lǐng)域的應(yīng)用獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。石墨烯擁有巨大的比表面積(理論值2 630m2·g–1)[18]，活性物質(zhì)錨定于其表面，可增加活性物質(zhì)與電解液間的接觸面積，以提高活性物質(zhì)的利用率；石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)電性也是金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物，以及其他碳材料無(wú)法比擬的；另外，石墨烯具有良好的力學(xué)性能和輕質(zhì)柔韌性，可彎曲成任意形狀，在柔性儲(chǔ)能材料的制備方面具有巨大的應(yīng)用潛力和發(fā)展空間。

2　 石墨烯基二元復(fù)合材料研究進(jìn)展

2.1 石墨烯/金屬氧化物復(fù)合材料

研究人員通過(guò)不同的合成方法，使金屬氧化物的納米粒子原位生長(zhǎng)在石墨烯表面，一方面，這些納米粒子的存在可以有效阻止石墨烯片的重新堆疊；另一方面，石墨烯具有良好的延展性，活性物質(zhì)均勻分布在它的表面，而不是團(tuán)聚成更大的粒子，可與電解液更好接觸，從而提高電化學(xué)性能。

Yan等[19]通過(guò)微波法在石墨烯表面沉積MnO2納米粒子，合成石墨烯-MnO2復(fù)合材料(見(jiàn)圖1)，二者間良好的界面接觸增加了電極的導(dǎo)電性及其與電解液間的接觸面積，使MnO2的有效利用率大大提高，表現(xiàn)出了良好的可逆性和電化學(xué)穩(wěn)定性，在2 mV·s–1充放電速率下，比電容可達(dá)310 F·g–1，15 000次循環(huán)后僅衰減4.6%。該研究成果預(yù)示著石墨烯-MnO2復(fù)合材料在超級(jí)電容器領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，同時(shí)也提供了一種快速、價(jià)廉、環(huán)保的材料制備方法。

作者所在課題組采用超重力場(chǎng)下脈沖電沉積的方法制備了系列石墨烯-MnO2復(fù)合物，通過(guò)調(diào)節(jié)裝置轉(zhuǎn)速來(lái)控制超重力場(chǎng)的強(qiáng)度，并研究了超重力場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)復(fù)合物形貌的影響，而形貌的不同又是導(dǎo)致其電化學(xué)性能差異的主要原因。轉(zhuǎn)速為3 000 r/mim時(shí)所得的石墨烯-MnO2復(fù)合物中，MnO2呈現(xiàn)三維花球狀形貌，粒徑和孔隙大小適當(dāng)，且生成的花球在導(dǎo)電基體石墨烯片層間分布均勻。將其用作超級(jí)電容器的電極材料，石墨烯和MnO2充分發(fā)揮了過(guò)渡金屬氧化物和碳材料的協(xié)同效應(yīng)，電化學(xué)性能得到改善。在0.5 A·g–1電流密度下的最大比容量達(dá)595.7 F·g–1，且1 000次循環(huán)后沒(méi)有容量衰減，表現(xiàn)出優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性[20]。

Wang等[21]合成了Ni(OH)2/石墨烯復(fù)合物，六邊形單晶Ni(OH)2納米片生長(zhǎng)于石墨烯片上(見(jiàn)圖2)。該復(fù)合物用作超級(jí)電容器電極材料具有較高的比容量和功率密度，電流密度2.8 A·g–1時(shí)比容量可達(dá)1 335 F·g–1，當(dāng)電流密度達(dá)45.7 A·g–1時(shí)，其比容量仍可保持在953 F·g–1。其性能要優(yōu)于Ni(OH)2與石墨烯的單純物理混合，這說(shuō)明納米材料直接生長(zhǎng)于石墨烯片實(shí)現(xiàn)了納米活性物質(zhì)同導(dǎo)電石墨烯網(wǎng)絡(luò)之間的交互作用，利于電荷的傳輸。同時(shí)，單晶Ni(OH)2納米片/石墨烯復(fù)合物的性能也要好于Ni(OH)2粒子生長(zhǎng)于氧化石墨的情況，這表明復(fù)合材料的電化學(xué)性能與石墨烯基體的質(zhì)量好壞，以及其上生長(zhǎng)的納米材料的形貌和結(jié)晶情況有關(guān)。以上研究結(jié)果表明，石墨烯基復(fù)合材料的合理設(shè)計(jì)與合成將直接影響到其在儲(chǔ)能方面性能的優(yōu)良與否。

圖2 Ni(OH)2納米片生長(zhǎng)于石墨烯片的形貌[21]Fig.2 (a) SEM image of Ni(OH)2nanoplates grown on graphene sheets and(b) TEM image of Ni(OH)2nanoplates grown on graphene sheets[21]

Co3O4也是過(guò)渡金屬氧化物電極材料中研究較為廣泛的一種。將Co3O4納米粒子原位生長(zhǎng)在石墨烯片上形成石墨烯-Co3O4復(fù)合物，Co3O4納米粒子作為發(fā)生氧化還原反應(yīng)的活性位點(diǎn)，提供較高的比容量。由于Co3O4是低導(dǎo)電性材料，因而需要被制作成超小尺寸，以實(shí)現(xiàn)其和高導(dǎo)電性石墨烯片的緊密接觸。Xiang等[22]在經(jīng)化學(xué)還原的氧化石墨烯上原位生長(zhǎng)了尺寸為20 nm的Co3O4納米粒子，該復(fù)合物在掃描速率為2 mV·s–1時(shí)的比容量是472 F·g–1，當(dāng)掃描速率增加到100 mV·s–1時(shí)容量保持率為82.6%，同時(shí)表現(xiàn)出較高的能量密度(39.0 Wh·kg–1)和功率密度(8.3×10–3W·kg–1)。復(fù)合物優(yōu)良的性能源于Co3O4粒子的小尺寸及良好的氧化還原活性與高導(dǎo)電石墨烯片之間的協(xié)同效應(yīng)。Guan等[23]利用水熱法合成了針狀的Co3O4/石墨烯復(fù)合物，針狀的Co3O4均勻錨定在石墨烯納米片上，沒(méi)有石墨烯作為模板時(shí)，鈷前驅(qū)體則趨向于聚集生成細(xì)針狀體組成的海膽球體。循環(huán)4 000次后，復(fù)合物容量仍能保持70%。

2.2 石墨烯/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料

石墨烯/導(dǎo)電聚合物是高性能超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的一個(gè)重要研究方向。石墨烯/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料的性能不僅與石墨烯和聚合物自身質(zhì)量的好壞有關(guān)，而且與活性材料的分散性，石墨烯與聚合物之間的結(jié)合程度及各自在復(fù)合物中所占的比例等因素相關(guān)，而這些因素又都與復(fù)合材料的合成方法有關(guān)。與傳統(tǒng)的聚合物合成路線相似，石墨烯/導(dǎo)電聚合物的合成主要有溶液混合法、熔融法和原位聚合法[24]。

溶液混合法不需要特殊的工具、適于大批量生產(chǎn)，是制備聚合物復(fù)合材料的常用方法之一。影響溶液混合的最主要因素就是石墨烯片在聚合物溶液中的穩(wěn)定性和分散性。例如：水溶性的聚合物PVA易與氧化石墨的水溶液以任意濃度混合；而由于氧化石墨和石墨烯在有機(jī)溶劑中的溶解性較差，在有機(jī)溶液中合成石墨烯-聚合物復(fù)合材料就較為困難。解決辦法可以利用超聲分散得到亞穩(wěn)的石墨烯分散液，再與聚合物溶液混合，但是，石墨烯片會(huì)在溶劑緩慢蒸發(fā)的過(guò)程中重新聚集在一起，因而石墨烯的功能化處理就顯得尤為重要。熔融法是聚合物與石墨烯高溫下利用剪切力混合的一種方法，但與溶液混合相比，石墨烯的分散性較差；此外，剪切力會(huì)對(duì)石墨烯造成破壞。原位聚合法是單體溶液和石墨烯懸浮液混合，再于合適的反應(yīng)條件下發(fā)生聚合反應(yīng)，聚苯胺的合成通常使用原位聚合法。

石墨烯-導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料在電導(dǎo)率、電化學(xué)容量、力學(xué)強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性等方面均已表現(xiàn)出性能的改善和提高。目前報(bào)道最多的就是石墨烯-聚苯胺復(fù)合物，其在電化學(xué)性能方面已經(jīng)有了很大程度的提高。Wu等[25]采用真空過(guò)濾的方法制備了石墨烯/PANI納米纖維復(fù)合物(見(jiàn)圖3(a))，石墨烯片呈現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu)，PANI納米纖維分布于層間，形成了特殊的三明治結(jié)構(gòu)。該復(fù)合物膜具有良好的力學(xué)穩(wěn)定性和高度柔韌性，可彎曲成任意形狀，且石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)在44%的復(fù)合物電導(dǎo)率可達(dá)5.5×102S·m–1，是PANI的10倍；將該柔性復(fù)合物薄膜應(yīng)用于超級(jí)電容器，其比容量為210 F·g–1(電流密度0.3 A·g–1)。Gao等[26]用原位聚合的方法制備了石墨烯/PANI納米圓片復(fù)合物(見(jiàn)圖3(b))，PANI納米圓片(50 nm)均勻生長(zhǎng)在石墨烯納米片表面，可以有效阻止石墨烯片彼此間的堆疊，同時(shí)改善了導(dǎo)電性，復(fù)合物最大比容量可達(dá)329.5 F·g–1。Zhang等[27]分別制備了不同導(dǎo)電聚合物(PEDOT，PANI和PPy)與石墨烯的納米復(fù)合物，其中石墨烯-PANI的比容量最高，可達(dá)361 F·g–1(電流密度0.3 A·g–1)，要高于石墨烯-PPy(248 F·g–1)及石墨烯-PEDOT(108 F·g–1)。

圖3 (a)石墨烯/PANI納米纖維的SEM；(b)石墨烯/PANI納米圓片的TEM照片[25]Fig.3 SEM image of graphene/PANI nanofibers (a) and TEM image of graphene nanosheets/PANI nanowafers (b)[25]

3　 石墨烯基三元復(fù)合材料的研究進(jìn)展

二元復(fù)合材料的合成以及在超級(jí)電容器領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，隨著研究的不斷深入，三元復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)成為了新的方向。三元復(fù)合材料可以把導(dǎo)電碳材料、金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物等各組分的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，從而最大化發(fā)揮每種組分的潛力，使其盡可能得到充分利用[28]。因此，三元復(fù)合物將有可能解決傳統(tǒng)電容器材料存在的不足，為復(fù)合材料的設(shè)計(jì)提供了新的思路，有望成為新一代高性能電極材料。

Yu等[29]報(bào)道了一種用碳納米管或?qū)щ娋酆衔?PEDOT:PSS)對(duì)石墨烯/MnO2復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維導(dǎo)電包覆(見(jiàn)圖4)，從而制備得到了三元復(fù)合材料的方法。包覆后的復(fù)合物比容量較原來(lái)分別增加了約20% 和45%，最大值達(dá)380 F·g–1，且該三元復(fù)合物的循環(huán)性能十分優(yōu)異，3 000次循環(huán)后容量保持率大于95%。這主要是因?yàn)槿S導(dǎo)電包覆穩(wěn)定了MnO2材料，將其束縛在一起，在循環(huán)測(cè)試過(guò)程中避免了MnO2的損失以及膜層從電極上的脫落；另外，傳統(tǒng)的電極制備是將活性材料與粘結(jié)劑和導(dǎo)電添加劑物理混合，而三維導(dǎo)電包覆既可改善電導(dǎo)率，又可起到穩(wěn)定電極的作用。

輕質(zhì)、柔韌性的儲(chǔ)能系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用方面具有巨大的潛力，已經(jīng)引起人們極大的興趣，具有良好力學(xué)性能和電化學(xué)性能的柔性電極則是這樣的儲(chǔ)能系統(tǒng)中所必需的。Cheng等[30]制造了柔性薄膜電極石墨烯/MnO2/CNTs復(fù)合物，其中，石墨烯作為具有大比表面積的基體，其上直接生長(zhǎng)MnO2粒子，這樣可保證得到很薄的一層MnO2，卻在復(fù)合物中占有較大的含量(可達(dá)75%)，面積密度8.80×10–3g·cm–2；CNTs起傳導(dǎo)電子和機(jī)械固定的作用，形成均勻、相互連接的CNTs網(wǎng)絡(luò)(不是包覆MnO2)，具有高導(dǎo)電性和多孔結(jié)構(gòu)，這有利于電子和離子的傳輸。復(fù)合物應(yīng)用于超級(jí)電容器，比容量可達(dá)372 F·g–1；另外，用該薄膜材料制作全電池，無(wú)需金屬集流體和粘結(jié)劑，可以減小超級(jí)電容器的質(zhì)量和體積。

圖4 (a) 導(dǎo)電包覆石墨烯/MnO2示意圖；(b) graphene/MnO2/CNT復(fù)合物的SEM照片；(c) graphene/MnO2/PEDOT:PSS復(fù)合物的SEM照片[29]Fig.4 (a) Schematic illustration showing conductive wrapping ofgraphene/MnO2, SEM images of (b) graphene/MnO2/CNT nanostructures and(c) graphene/MnO2/PEDOT:PSS nanostructures[29]

3D結(jié)構(gòu)的復(fù)合電極材料使得離子和電子可以更快傳輸，其中的贗電容材料在反應(yīng)中具有更好的可逆性，得到更為高效的利用，因而大量研究圍繞其展開(kāi)，3D結(jié)構(gòu)的石墨烯基三元復(fù)合材料也為廣大研究人員所青睞。Zhang等[31]設(shè)計(jì)合成了一種包含有Ni(OH)2、CNTs和石墨烯的3D結(jié)構(gòu)納米復(fù)合物(Ni(OH)2-embedded RGOCNT)。具體做法是，先制備得到擔(dān)載鎳的石墨烯，再采用CVD法生長(zhǎng)CNTs，層狀結(jié)構(gòu)依然得以保持，柱狀的CNTs分布于石墨烯層間起到支撐作用，然后采用循環(huán)伏安法在堿性溶液中將Ni納米粒子轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2，Ni(OH)2粒子植入于CNTs的頂端(合成路線及復(fù)合物形貌見(jiàn)圖5)。由圖5(c)可見(jiàn)，復(fù)合物結(jié)構(gòu)中Ni納米粒子是半植入CNTs的，這樣Ni既可以和CNTs有強(qiáng)的交互作用，同時(shí)又利于其發(fā)生后續(xù)的電化學(xué)反應(yīng)。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示，該復(fù)合物具有非常出色的電化學(xué)性能，當(dāng)電流密度為1 A·g–1和20 A·g–1時(shí)的比容量分別可以達(dá)到1 235 F·g–1和780 F·g–1，出眾的性能主要是由于復(fù)合材料特殊的3D導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，Ni(OH)2和CNTs接觸緊密，以及Ni(OH)2活性物質(zhì)的充分利用。

圖5 (a) Ni(OH)2-CNTs-石墨烯復(fù)合物制備路線示意圖；(b) RGOCNT的SEM照片；(c) RGOCNT的TEM照片[31]Fig.5 (a) Schematic illustration of the preparation of Ni(OH)2embedded-CNTs-graphene composites, (b) SEM image of RGOCNT and (c) TEM image of RGOCNT[31]

4　 結(jié)束語(yǔ)

在全球低碳形勢(shì)下，新能源材料的研究具有重要的意義，隨著研究的深入和技術(shù)水平的提升，超級(jí)電容器必將有更為廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)于石墨烯基復(fù)合材料用于超級(jí)電容器電極材料，石墨烯的制備及電化學(xué)性能的發(fā)揮是設(shè)計(jì)并合成石墨烯基復(fù)合材料的關(guān)鍵。由于石墨烯片層間較強(qiáng)的范德華力，使其容易聚集，在水及其他一些常見(jiàn)有機(jī)溶劑中的分散性受到影響，為使石墨烯在實(shí)際應(yīng)用中更好地發(fā)揮其優(yōu)良性能，就需要對(duì)石墨烯進(jìn)行功能化修飾和改性，這主要可以通過(guò)共價(jià)鍵功能化、非共價(jià)鍵功能化，以及摻雜的方法得以實(shí)現(xiàn)。另外，還需從石墨烯同其他材料的復(fù)合方法和路線設(shè)計(jì)上進(jìn)行更為深入的研究，建立機(jī)制模型，更好地利用各組分間的協(xié)同效應(yīng)，以期在電化學(xué)性能方面取得突破性進(jìn)展。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯：曾革）

Research progresses of graphene based composite electrode materials for supercapacitors

LIU Tingting1,2, SHAO Guangjie2
(1. Northeast Petroleum University at Qinhuangdao, Qinhuangdao 066004, Hebei Province, China; 2. College of Environmental and Chemical Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, Hebei Province, China)

Abstract:In view of broad application prospect of graphene based composite materials used as supercapacitor electrodes, the research progresses are summarized by a review of relevant literature at home and abroad, combined with research results of the authors’ group. The preparation methods and excellent performance of binary and ternary composites of graphene combined with metal oxides, conductive polymers or other carbon materials used for supercapacitor electrodes are involved in the paper. Finally, the future development of graphene based composite materials is looked forward.

Key words:graphene; supercapacitor; review; composite material; metal oxide; conductive polymer; electrochemical performance

doi:10.14106/j.cnki.1001-2028.2016.06.004

中圖分類號(hào):TM53

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1001-2028（2016）06-0023-05

收稿日期：2016-02-25 通訊作者：劉亭亭

基金項(xiàng)目：河北省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目資助（No. B2012203069）

作者簡(jiǎn)介：劉亭亭（1980－），女，吉林吉林人，博士，研究方向?yàn)槌?jí)電容器電極材料，E-mail:2008little@163.cnn ；