课题背景介绍

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料。[4]由于其独特的组成和结构，使其在力学、热学和电学等方面具有非同寻常的性质，有望在机械、电子等诸多领域发挥潜在的应用价值。[1]超级电容器是一种新型的储能元件,由于它具有充放电速度快、功率密度高、循环寿命长、免维护、环境友好等特点,受到国内外科学家的广泛关注。[6]如何提高超级电容器的能量密度便尤为重要，而电极材料又是决定超级电容器电化学性能的关键因素。石墨烯具有巨大的比表面积、超高的电导率以及优异的热稳定性等特点，被认为是超级电容器的理想电极材料。石墨烯的理论比容量很大，而实际容量却没有那么高，难以满足提升超级电容器能量密度的需要，因此对石墨烯改性以提高其比容量很重要。

发展现状

人们在理论上对石墨烯的研究已有 60 多年，石墨烯也被广泛地用来描述各种碳基材料的性质。然而，直到本世纪初才获得独立的单层石墨。石墨烯因具有高的比表面积 、突出的导热性能和力学性能及其非凡的电子传递性能等一系列优异的性质，引起科技工作者的极大兴趣。[5,7]石墨烯的氧化程度对GO/PDDA/PMO超级电容器薄膜电极电化学性能的影响也顺应成为热点。

Hummers法介绍

制备氧化石墨的主要方法有Bordie 法、Saudenmaier 法和Hummers法。这3种方法中，以Hummers氧化法最为安全和稳定，因此在大多数研究中采用此方式生产氧化石墨烯。[10]

Hummers法合成石墨烯的作用机理可总结如下: 在低温阶段，强氧化剂浓硫酸和 高锰酸钾逐渐吸附在石墨的边缘，并对边缘部分进行氧化和插层，破坏了片层间的部分分子间作用力，生成羟基、环氧基等一些氧化基团，同时石墨片层间距有小幅度的增加。[8,9]在此过程中添加过量的氧化剂是提高石墨烯产率的必要手段。当低温氧化作用完成后，进入中温反应阶段。这个阶段中，随着反应温度的上升，浓硫酸和高锰酸钾的氧化性逐渐增强，其对石墨片层的氧化和插层作用得到提高，石墨片层中生成了更多的氧化基团，并且随着片层间距的进一步增大，氧化剂逐渐向片层内部渗透，为整个片层剥离打下了基础。同时，要注意适当延长中温阶段的反应时间，以使插层反应进行彻底。高温反应阶段去离子水的加入，使浓硫酸大量放热，促使片层间残存的作用力得到破坏，最终使片层剥离。此阶段中温度的控制是保证合成顺利完成的重要环节，一般应采取多次少量添加去离子水的方式进行。当氧化石墨烯合成后，应离心去除其中未能剥离的石墨，并去除其他杂质离子。在对氧化石墨烯进行还原的过程中，需要使用过量的水合肼消除氧化石墨烯中的氧化基团，并且要控制好反应温度和反应时间，防止还原后的石墨烯产生团聚的现象。[11]

层层自主装

层层自主装是上世纪90年代快速发展起来的一种简易、多功能的表面修饰方法。层层自主装最初利用带电基板在带相反电荷的聚电解质溶液中交替沉积制备聚电解质自组装多层膜。其创始者包括最初的Iller、更为人熟知的G. Decher。短短的十多来年，在基础研究方面层层自主装得到了巨大的发展。层层自主装适用的原料已由最初的经典聚电解质扩展到dendrimer聚电解质、聚合物刷、无机带电纳米粒子如MMT，CNT、胶体等。LBL适用介质由水扩展到有机溶剂以及离子液体。层层自主装的驱动力有静电力扩展到氢键，卤原子，配位键，甚至化学键。[12]本课题将要使用层层自主装的方法制备GO氧化程度不同的GO/PDDA/PMO薄膜。

利用电化学工作站测试电化学性能