高分离片层石墨烯水凝胶构建及其三元杂化设计研究

In view of the low energy density of supercapacitor, this project intends to control the restacking content of graphene sheets by uniting the solvation effects, the corrugation of graphene sheets and the hybridization of Ni(OH)2-Co(OH)2 double nanoparticles. The ternary hydrogel material with porous network structure will be designed using corrugated graphene sheets as main construction unit decorated with double hybrid nanoparticles. It is expected that the ternary structure material can make full use of good cycle and conductive performance of graphene, and high specific capacity of hybrid materials. The influence of assembly behavior of graphene hydrogel, microstructure and synergistic effect of hybrid particles on the electrochemical properties will be investigated. Studying the interaction between components of the hybrid system to explore reaction mechanisms, providing a new pathway for the development of electrode material of supercapacitor with high energy density.

项目针对目前超级电容器能量密度偏低的问题，利用溶剂化效应，石墨烯微片的褶皱作用，联合双重杂化粒子来控制石墨烯片层之间的重新堆叠，以提高其能量密度。构筑以褶皱的石墨烯片为主要构建单元，具有协同作用的双重杂化粒子嵌镶其中的三元多孔网络水凝胶结构材料。充分利用石墨烯材料良好的循环性能、导电性能及杂化材料较高的比容量等特性。探索石墨烯水凝胶膜的组装行为、杂化粒子微结构及协同效应等对其电化学性能的影响规律。研究杂化体系组分之间的相互作用，探讨反应机理，为获得高能量密度的超级电容器电极材料体系提供新的思路。

项目利用石墨烯水凝胶片层的高比表面积，在其片层内部镶嵌了Ni(OH)2、CoS等活性纳米粒子，获得了高储电性能的石墨烯基水凝胶杂化材料体系。针对镍钴化合物优秀的电化学性能，设计了3D结构的富碳镍钴化合物并研究了其电化学性能。主要工作如下：（1）在石墨烯水凝胶多孔结构内部原位负载了纳米氢氧化镍，获得了Ni(OH)2/石墨烯复合物水凝胶，研究了微结构对其电化学性能的影响，并考察了复合水凝胶的生长机理。（2）采用不同制备过程，设计了两种不同结构的CoS/石墨烯水凝胶，并探讨了不同结构CoS/石墨烯水凝胶的形成机理和电化学性能。（3）通过改变溶剂的种类成功实现了不同晶型镍钴氢氧化物的合成，合成出不同镍钴比的复合氢氧化物。进一步研究了晶型、镍钴比对于材料电化学性能的影响，探讨了晶型控制机理。（4）以碱式镍钴化合物为前驱体，获得3D结构的康乃馨状N、S双掺杂富碳碱式镍钴化合物，证实了康乃馨状纳米结构的形成机理，获得的材料具有高的比容量和能量密度。