电泳法制备graphene杂化材料(5)
2009年Nature Nanotechnology上一篇文章报道了通过热溶剂法得到石墨烯的方法。虽然之前有人用热溶剂的方法来制备纳米石墨片，但均不能得到高度平面化和高结晶性的石墨烯，且纳米石墨片的厚度一般在几个纳米[61, 62]。但该课题组以金属钠和乙醇反应得到的热溶产物为前躯体，经低温快速热解结合温和条件下超声得到了单层石墨烯[63]。
长春Fang Luo课题组通过一步电化学方法得到了离子液体修饰的单层石墨烯。他们以咪唑类离子液体/水混合物为电解液，以两根高纯石墨棒分别作为阳极、阴极，室温下通以恒电动势10 V ~20 V，6 h后收集电解池底（阳极端）的黑色沉淀，洗涤干燥后在非质子溶剂中（如：DMF，浓度为1 mg/mL）超声能得到完全剥离的离子液体修饰的石墨烯[64]。
德国Turchanin课题组通过首先在金表面上自组装一层致密的单层联苯硫醇作为前躯体，厚度约1 nm，而后经过电子辐照使联苯结构发生交联，最后真空退火使其发生石墨化反应得到了石墨烯[65]。
1.3 超级电容器
电容器是一种能够储蓄电能的设备与器件，由于它的使用能避免电子仪器与设备因电源瞬间切断或电压偶尔降低而产生的错误动作，所以它作为备用电源被广泛应用于声频——视频设备:调谐器、电话机、传真机及计算机等通讯设备和家用电器中。电容器的研究是从20世纪30年代开始的，随着电子工业的发展，先后经历了电解电容器、瓷介电容器、有机薄膜电容器、铝电解电容器、钽电解电容器和电化学电容器的发展。
1.3.1 超级电容器的工作原理
1.3.1.1 双电层电容
双电层是指电化学溶液中性质不同的两相之间界面处所产生的正电荷与负电荷分布层。电解液与电极接触时，为达到系统的电化学平衡，电荷在电极和电解质的界面之间自发的分配形成双电层，充电时在电极/溶液界面发生电子和离子或偶极子的定向排布，形成双电层电容并达到保存能量的目的。如图1- 5所示：
图1- 5 双电层电容示意图
当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在两极板上电荷产生的电场作用下，电解液与电极间的界面上会形成相反的电荷层，以平衡液电解的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上以极短间隙排列的电荷分布层叫做双电层[66]。当两极板间的电势低于电解液的氧化还原电位时，超级电容器为正常工作状态(通常为3v以下)，如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电位时，电解液将分解，为非正常状态。随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电极/溶液界面上的电荷相应减少。由此可以看出这种充放电过程始终是物理过程，没有化学反应，因此性能稳定，循环寿命长。双电层电容器的电极材料主要由具有高比表面积的碳材料组成。
1.3.1.2法拉第准电容
法拉第准电容也被称为赝电容，是在电极表面或体相中的二文或准二文空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应，产生与电极充电电位有关的电容[67,68]。赝电容的贮能机制是一个法拉第过程，但不会像常规的法拉第过程那样产生持续的法拉第电流。它的充放电过程具有电容器的特征：(l)电容器的电压随时间线性变化；(2)当对电极加一个随时间线性变化的外电压时，可以观察到一个近乎常量的充放电电流或电容。赝电容不仅发生在电极表面，而且可深入到整个电极内部，其最大充放电性能由电活性物质表面的离子取向和电荷转移速度控制，可在短时间内进行电荷转移，因而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。在相同电极面积的情况下，赝电容可以是双电层电容量的10—100倍。而且在整个充放电过程中，电极上没有发生决定反应速度与限制电极寿命的电活性物质的相变化，因此循环寿命也非常长。
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