● 摘要
石墨烯具有导电性好、比表面积大及力学强度高等优点，是最理想的电化学电容器电极材料之一。但是，石墨烯易团聚和比电容较低等缺点，大大限制了其在众多领域的广泛应用。因此，研究和开发具有更高比容量、长循环寿命及无粘结剂石墨烯基复合电极材料具有十分重要的意义。此外，随着微机电系统、无线传感网络、便携式电子设备、嵌入式健康监控设备及柔性显示器等的广泛应用，人类对储能器件的要求越来越高。对于能量存储器件不仅要具有高的能量密度、高的功率密度和长循环寿命，而且要满足安全、超薄、柔软、质轻、廉价及微型化等要求。因此，设计和制备柔性电极材料已成为储能材料研究领域的热点之一。
本论文采用抽滤自组装技术，制备了石墨烯基纳米复合薄膜电极材料。全文包括四章，第1 章（绪论）论述了电化学电容器电极材料的研究进展及面临的挑战，石墨烯、二氧化锰和聚吡咯电极材料的结构、性质、应用及改进手段，以及石墨烯基纳米复合薄膜电极材料在电化学电容器领域的应用，提出了本论文的选题目的及意义、研究内容和创新点；第2、3 章（实验部分）采用抽滤自组装技术制备了石墨烯基纳米复合薄膜电极材料，并对其结构、形貌及电容性质进行了研究；第4 章为全文结论部分。主要研究内容为：
（1）采用抽滤自组装技术制备了石墨烯/二氧化锰纳米球和石墨烯/二氧化锰纳米层复合薄膜电极材料，研究了不同形貌二氧化锰对石墨烯基复合薄膜电极材料结构、形貌及电化学性质的影响。在−0.2-0.8 V 的电压范围和1 M Na2SO4 电解液中，采用三电极体系测试了石墨烯/二氧化锰纳米球和石墨烯/二氧化锰纳米层复合薄膜电极的电容性质。当石墨烯和二氧化锰的质量比为2，扫速为5 mV s−1 时，石墨烯/二氧化锰纳米球和石墨烯/二氧化锰纳米层复合薄膜电极的比电容分别为
446 F g−1 和314 F g−1。当扫速为20 mV s−1 时，石墨烯/二氧化锰纳米球和石墨烯/二氧化锰纳米层复合薄膜电极循环1000 圈之后，其电容保持率分别为96%和95%。球形形貌二氧化锰均匀嵌插到石墨烯片层中间，能形成有利于电解质离子扩散的多级孔道结构，进而提高了整个复合薄膜电极的电容性质。
（2）在制备石墨烯/二氧化锰纳米球二元复合薄膜电极材料工作的基础上，向该体系中引入了导电性优异、比容量高及柔性好的聚吡咯材料，期待提高复合薄膜材料的比容量和柔性。采用抽滤自组装技术制备了石墨烯/二氧化锰/聚吡咯三元复合薄膜电极材料，在保持石墨烯和二氧化锰纳米球质量比为2 的基础上，研究了不同用量聚吡咯对复合薄膜电极电容性质的影响。在−0.4-0.6 V 的电压范围和1 M Na2SO4 电解液中，采用三电极体系测试了石墨烯/二氧化锰/聚吡咯三元复合薄
膜电极的电容性质。当石墨烯、二氧化锰和聚吡咯的质量比为2:1:2 和扫速为5 mV s−1 时，石墨烯/二氧化锰/聚吡咯三元复合薄膜电极的比电容为682 F g−1。当扫速为20 mV s−1 时，石墨烯/二氧化锰/聚吡咯三元复合薄膜电极在循环1000 圈之后，其电容保持率为86%，表明聚吡咯的加入提高了复合薄膜电极的比电容和柔性。
以上所制备的不同组成及结构石墨烯基复合薄膜电极材料，由于球形形貌二氧化锰或聚吡咯均匀的嵌插到石墨烯片层间，形成了有利于电解液离子扩散的多级孔道结构，从而提高了复合薄膜电极的电容性质。此外，这种柔性、无粘结剂石墨烯基复合薄膜电极材料更加能体现出材料本身的性质。抽滤自组装技术可发展用于制备性能优异的石墨烯及金属氧化物或导电聚合物复合薄膜电极材料。