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石墨烯是Andre Geim和Konstantin Novoselov是在2004年发现的,它是一种围绕成蜂窝状晶格的碳原子的二维单层结构。在室温下,石墨烯载流子迁移率和导电率分别达到了20000 cm2 V-1S-1和5300 Wm-1 K-1,这能够大大降低电容器内部的电阻以及改善超级电容器的散热性能。另外,单层石墨烯理论的比表面积高达2600 m2 g-1。利用CV测试得到单层石墨烯的电容为21μF cm-2,这样用在EDLC上的石墨烯电极的电容理论上可达到550 F g-1。因此,石墨烯作为电极材料在超级电容器中具有巨大的潜在应用价值。然而石墨烯作为电极材料在超级电容器应用中,其电化学性能受到诸多因素影响,如含氧官能团、表面形貌、导电剂、粘结剂等。同时,以双电层机理储能的石墨烯基超级电容器存在比容量不高,能量密度低等缺点。本文主要研究含氧官能团、石墨烯表面形貌、导电剂和粘结剂对石墨烯的电化学性能的影响。同时还探索了通过石墨烯表面修饰氧化镍纳米颗粒所带来的电化学性能改变和两者间产生的协同效应。本文研究内容主要包括以下几个方面：1.利用微波热还原氧化石墨烯制备出热膨胀石墨烯。由于微波时间短,导致氧化石墨烯还原不彻底,经FTIR和XPS表征,热膨胀石墨烯带有羧基、苯酚、羰基、醌基等含氧官能团。SEM和TEM结果显示,含氧官能团的存在会增加热膨胀石墨烯的表面褶皱。电化学性能测试表明,在中性电解液中,带有含氧官能团的热膨胀石墨烯通过双电层电荷储能,而在酸、碱电解液中则还包含有含氧官能团与电解液间所发生的法拉第氧化还原反应。在800 W功率下微波制得的热膨胀石墨烯电极在1 M H2SO4中,1 A g-1的电流密度下测得总比容量为276 F g-1,而在5MKOH电解液中,测得总比容量为245 F g-1,其中石墨烯所带的羧基和酚类基团平均每单元原子量百分比容量为22.34 Fg-1at.%-1。在1 M H2SO4中1 A g-1的电流密度下羰基和醌基每单元原子量百分比容量为27.585 Fg-1 at.%-1。2.本文在微波还原前对氧化石墨烯进行80℃预热处理2小时。BET结果显示预热处理后其比表面积为304 cm2 g-1,孔体积为1237.34 cm3 g-1,介孔率为88.52%,比没有预热处理的明显提高。以Na2SO4为电解液,在扫描速率分别为1、5和10 mV s-1时的比电容分别为187、177和172 F g-1,高于在同等扫描速率下的没预热处理石墨烯电极比电容量。3.本文利用简单易行的微波辅助法制备了功能化石墨稀/泡沫镍材料,制成超级电容器电极。由于功能化石墨烯是直接包覆在泡沫镍表面,而没有用导电剂和聚合物粘结剂,例如乙炔黑和聚四氟乙烯,这大大减少了石墨稀/泡沫镍电极的电阻,从而提高了基于该电极的超级电容器的循环寿命。当充放电电流密度为1 Ag-1,5 mol L-1的NaOH溶液作为电解液为时,FG-Ni foam最大电容量达到265 F g-1,表现出良好的电化学特性。经过10000次循环GCD测试后,该电容器电容量依然保持在一个非常高的水平,达到了265 F g-1,为初始电容量的97.7%,并且充放电效率接近99.9%。4.通过微波辅助水热法,快速而有效地在热膨胀石墨烯的缺陷上原位合成氧化镍纳米颗粒,形成石墨烯/氧化镍复合材料。复合材料中氧化镍颗粒平均粒径为25 nm,均匀而密集地分散在石墨烯平面上,同时在复合材料中的含量为19.8%。5 M NaOH电解液中,水热合成的石墨烯/氧化镍复合材料电极的总比容量为608 F g-1,是石墨烯@氧化镍混合材料(347 F g-1)的1.75倍。石墨烯/氧化镍复合材料和石墨烯@氧化镍混合材料中氧化镍颗粒所产生的赝电容CP分别为1856 F g-1和915 F g-1。复合材料中的石墨烯贡献的双电层比容量为296 Fg-1是机械混合中石墨烯的1.44倍。石墨烯/氧化镍复合材料中石墨烯和氧化镍明显地发挥了协同效应,使得各自电化学性能接近理论值。