题目：石墨烯/钒的氧化物复合材料的制备及其电化学性质研究

钒的氧化物纳米材料作为一类功能性氧化物，近年来广泛应用于光学、电学、磁学及生物传感器等领域，并且受到了研究者的关注。钒氧化物纳米材料资源丰富、环境友好且价格低廉，而且具有高的理论比电容，所以可以作为超级电容器重要的电极材料。该类材料作为超级电容器电极材料时导电性能差，因此本研究工作通过纳米复合材料各组分间的协同效应，引入导电性良好的石墨烯材料，采用原位复合法制备了石墨烯/钒的氧化物(GR/VOx×nH2O)复合材料，期望得到具有高电容量，优良导电性能的超级电容器电极材料。
论文工作主要包括绪论、GR/VOx×nH2O纳米复合材料的制备及电化学性质研究三大部分。第一章绪论部分主要论述了石墨烯的结构、性质、制备及应用，超级电容器概述，钒氧化物纳米复合物的制备及其在超级电容器电极材料方面的应用。在此基础上提出了本论文的选题目的、意义、研究内容和创新点。第二章实验部分阐述了GR/VOx×nH2O复合材料的制备。第三章主要研究了GR/VOx×nH2O复合材料的电化学性质。
主要研究内容和结果如下：
1: 水热法制备钒基二维纳米材料  以偏钒酸铵和硫脲为反应原料，在没有模板剂的条件下采用水热法制备了混合价态(Ⅳ,Ⅴ)的钒氧化物纳米片。利用XRD、 TEM及SEM等手段对所制备的样品进行了一系列表征，探讨了VOx×nH2O纳米片的生长机理。
2: 原位复合法制备GR/VOx×nH2O复合材料  采用改进的Hummers法制备了前驱体氧化石墨 (GO)，其层间距为0.73 nm，取40 mL不同浓度的GO分散液与偏钒酸铵混合后，加入硫脲作为结构导向剂和还原剂，所得的悬浮液室温搅拌1 h后转入高温反应釜中，180 ºC水热处理18 h得到了GR/VOx×nH2O纳米复合材料。当纳米电极材料中石墨烯的含量为10 %时，尺寸4-7 mm具有规则片状的VOx×nH2O颗粒被柔性石墨烯纳米层均匀包裹，形成了GR/VOx×nH2O纳米电极材料，且制备材料团聚现象不明显。
3: GR/VOx×nH2O纳米复合材料的电化学性质研究  采用三电极体系，在-0.2~0.8 V的电位窗口范围内以0.5 mol L-1 K2SO4作为电解液，测试了GR/VOx×nH2O复合材料电极的电化学性质。实验结果表明制备的纳米电极材料在-0.2~0.8 V vs. SCE的电压范围内，当电流密度为0.5 A g-1时，GR(0.5)/VOx×nH2O纳米电极的比电容为276 F g-1，远远高于石墨烯(107 F g-1)和VOx×nH2O(143 F g-1)。当电流密度为5 A g-1时，重复充放电1000次，GR(0.5)/VOx×nH2O电极的容量保持率为60 %，高于 VOx×nH2O材料(25 %)。
关键词：GR/VOx×nH2O，水热法，原位复合法，混合价态钒氧化物纳米片