Cинтез и характеристика электрохимически восстановленного оксида графена для применения в суперконденсаторах

Аннотация

Оксид графена (GO) получен из графита модифицированным методом Хаммерса с использованием сильных окислителей, после чего он был восстановлен путем удаления кислородсодержащих функциональных групп. sp²-углеродные домены в материале GO не обеспечивают перенос электронов из-за плотной геометрии и более высокой электроотрицательности sp²-орбиталей по сравнению с sp³-углеродными центрами. Успешный синтез GO из графитового порошка подтвержден методом рентгеновской дифракции (XRD), показавшим дифракционный пик при 2θ = ~9,8°. Далее процедуры восстановления GO проводили электрохимическим (трех-электродная ячейка, 1 M KOH, диапазон потенциала от 0 до -1,2 В) и химическим (1 M аскорбиновая кислота, 60 °C, перемешивание) методами. Морфологический анализ (сканирующая электронная микроскопия (SEM) и просвечивающая электронная микроскопия (TEM)), структурный анализ (рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) и рамановская спектроскопия) и термический анализ (термогравиметрический анализ (TGA)) подтвердили удаление кислородсодержащих групп, указывая на превращение GO в восстановленный GO (rGO). Электрохимические характеристики (CV, GCD, EIS) исследованы в симметричной двухэлектродной ячейке типа Swagelok с использованием 1 M NaNO₃. На основании полученных результатов наиболее перспективным материалом оказался электрохимически восстановленный оксид графена (E-RGO), для которого удельная емкость увеличилась с ~54 Ф·г^-1 при 0,7 В до ~67 Ф·г^-1 при 1,5 В при удельной плотности тока 200 мА·г^-1 в электролите 1 M NaNO₃. Удельная емкость электродов E-RGO на 13,7% выше, чем у химически восстановленного оксида графена (C-RGO), и эти результаты демонстрируют эффективность электрохимически восстановленного оксида графена, дополнительно подтверждая его потенциальное применение в суперконденсаторах.