石墨烯基介观复合组装体纳米结构的可控构筑及其电化学储能特性研究

本项目拟采用石墨烯为基本构筑基元，功能单体（有机小分子或纳米颗粒）为功能基元，嵌段聚合物为桥联组装单元，通过氢键、π-π相互堆积和亲/疏水等弱相互作用、利用各构筑单/基元间的协同组装构建石墨烯基介观复合组装体纳米结构，并以其作为超级电容器的电极材料，构建出高储能特性的超级电容器。通过调节组装动力学参数，构筑单/基元的结构及组成实现对石墨烯介观复合组装体结构的可控制备（如孔道取向及大小、形貌和组成、孔道连通等），并系统地研究石墨烯介观复合组装体的结构及组成对其电化学储能特性的影响，建立电化学储能特性调制的结构模块，并进行性能优化。这些研究工作一方面在理论上发展并丰富了石墨烯基介观复合纳米结构的自组装合成方法学；另一方面通过优化组装方法及试验过程参数，其有利于调制出石墨烯介观复合组装体结构基超级电容器更优良的电化学储能效果，这为开拓其在新能源领域的潜在应用提供了一条有效的途径。

近20年来,国家在生态建设和环境保护方面的投入明显增多,治理生态破坏和环境污染方面取得显著成效。但是,最近由于大量的不可降解物和一些有毒害废弃物等的大量排放，以及低规格油气的大量使用，导致了国内目前出现了大范围的雾霾天气和环境污染严重恶化，这些将严重地影响到人们的正常的生活和生命健康，并有可能制约到国家的可持续发展以及后续带来的“致命”污染效应。与此同时，随着不可再生的化石能源的日益消耗，我们国家的能源危机将面临巨大挑战。根据以前的研究报道，碳材料由于其具有良好的化学稳定性和导电性而作为电极材料被加以广泛使用。作为传统的碳材料，如：多孔碳，活性碳或石墨，由于其自身结构特点的原因，即有效的比表面积不高，或存在较多的表面缺陷，或结构和组成比较单一，这大大降低了电解质在电极表面或孔道内部的接触面积或传输效率，从而损失了储能器件的比容量或比能量密度。此外，人们发现各种纳米碳结构单元（纳米碳颗粒、纳米碳管、石墨烯、纳米多孔碳等）形成的具有纳米通道的三维导电网络，不但可以有效分散活性电极材料纳米颗粒、防止其团聚，还可以高速输送离子和电子到每个活性纳米颗粒表面，从而真正发挥纳米结构电极材料的动力学优势，开发出兼具高容量和高倍率性能的电极材料成为了可能。所以探寻一种低成本的，可控制备的石墨烯基复合材料及其组装的储能器件对于缓解目前的能源危机及环境污染提供了一条有效途径。