1、超級(jí)電容器作為一種新型的儲(chǔ)能裝置在可再生能源和清潔能源的應(yīng)用研究上發(fā)揮著越來越重要的作用。作為超級(jí)電容器的重要組成部分，電極材料的結(jié)構(gòu)和組成直接影響和制約著超級(jí)電容器的儲(chǔ)能效率和發(fā)展應(yīng)用。碳材料憑借其原料豐富、易加工、比表面積大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、無毒無污染、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、工作溫度范圍寬等諸多優(yōu)點(diǎn)成為目前為止在商業(yè)化運(yùn)行上應(yīng)用最多的電極材料。石墨烯(Graphene)材料，擁有極高的理論比表面積和優(yōu)異的導(dǎo)電性能，且生產(chǎn)成本低、可大量生產(chǎn)制

2、備，近年來，其作為超級(jí)電容器電極材料的研究也越來越引人注目。而摻雜可以有效地改變石墨烯的表面性質(zhì)，形成優(yōu)異的形態(tài)結(jié)構(gòu)的改性石墨烯材料。在石墨晶格中摻雜原子，尤其是氮原子，可以在費(fèi)米能級(jí)水平上增強(qiáng)其能量狀態(tài)和密度狀態(tài)，從而克服納米碳的量子電容限制問題，最終增加其比電容，以得到具有高能量密度和高功率密度的材料。本文主要以氧化石墨烯和碳納米管為原料、尿素(urea)為摻雜劑，通過一種簡單的熱處理法制備三維多孔摻氮石墨烯片(Three-dime

3、nsional porous Nitrogen-doped graphene nanosheets，NGS)，并通過設(shè)計(jì)不同的投料比例和升溫程序，對(duì)比分析投料比和升溫程序?qū)λ铣刹牧辖M成、結(jié)構(gòu)和性能的影響。具體研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)采用改良的Hummers法將石墨粉氧化成氧化石墨(Graphene Oxide)，以氧化石墨為碳源，尿素為氮源，將二者充分混合，利用管式爐在氮?dú)庵袑?duì)其進(jìn)行300℃3 h，800℃2 h兩個(gè)階段

4、的煅燒。作為摻雜劑，尿素在煅燒過程中會(huì)分解釋放出氨氣，隨后氨氣與氧化石墨中的含氧官能團(tuán)反應(yīng)，使氮原子進(jìn)入石墨晶格中，從而形成摻氮石墨烯片。當(dāng)氧化石墨和尿素以不同比例進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，制備出NGS的含氮量和微觀形貌不同，其電容值也有很大差異。通過對(duì)比可知，當(dāng)GO∶urea=1∶10時(shí)，產(chǎn)物中氮原子含量最高，可達(dá)5.76 at％;在1Ag-1的電流密度，6M KOH的電解液中有高達(dá)368.5 F g-1的比電容;在掃描速度為50 mV s-1，6

5、MKOH溶液中，5000個(gè)循環(huán)之后摻氮的石墨烯納米材料仍保有97.6％的初始電容。
　　(2)為了研究不同溫度下熱處理氧化石墨和尿素混合物對(duì)摻氮產(chǎn)物微觀形貌和電容性能的影響，我們對(duì)上述最佳比例的混合物進(jìn)行300℃和800℃不同程度的煅燒。并采用掃描電鏡檢測其微觀形貌。結(jié)果表明，不同升溫程序的材料表面都有一定程度的褶皺，當(dāng)以300℃(3 h)→800℃(2 h)的升溫程序處理時(shí)，材料具有最多的褶皺和最好的分散性。這說明，適當(dāng)?shù)牡蜏仉A

6、段相比于直接升溫至反應(yīng)溫度(800℃)更有利于尿素緩慢的分解，促使產(chǎn)生氣體，從而更好地誘導(dǎo)尿素插層的氧化石墨烯發(fā)生形變卷曲，增大材料的比電容。電化學(xué)測試結(jié)果也表明，樣品NGS-32具有最好的電容性能，是極具應(yīng)用前景的超級(jí)電容器電極材料。
　　(3)氧化石墨烯可以有效的分散碳納米管，同時(shí)，碳納米管也可以阻止氧化石墨烯的團(tuán)聚以增加材料的比表面積和導(dǎo)電性。本章中，我們提出以一種碳碳共摻雜的方式，將剖開碳納米管與碳酸氫銨混合進(jìn)行水熱改性，

7、生成的納米材料與氧化石墨烯混合自組裝，最后將碳-碳復(fù)合材料進(jìn)行煅燒摻氮，從而制備出氮摻雜的Graphene-CNTs(NGCs)復(fù)合材料。并通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)得出，當(dāng)氧化石墨烯與碳納米管的質(zhì)量比為1∶2(NGCs-0.5)時(shí)，NGCs具有最好的電容性能，在1Ag-1的電流密度，1 M KOH的電解液中，NGCs-0.5的比電容為267.5 F g-1。且在掃描速度為50 mV s-1，1 M KOH溶液中，5000個(gè)循環(huán)之后其仍具有初始電容的