氮掺杂石墨烯氢氧化镍复合电极材料的制备及其超级电容性能研究的任务书.docx

氮掺杂石墨烯氢氧化镍复合电极材料的制备及其超级电容性能研究的任务书
任务书
一、研究背景
随着能源问题日益凸显，超级电容器作为另一种新型的电化学储能器件正备受瞩目。与传统电池相比，超级电容器具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命、快速充放电等优势。在现代高科技工业和生活领域中，超级电容器应用的广泛性已经远远超出电池的应用范围。因此，超级电容器的研究与开发已经成为当今电化学领域的一个重要方向。
目前，石墨烯是电化学储能材料领域的热点研究对象之一，其具有高电导、高比表面积、优异机械强度和化学稳定性等特点，并且在超级电容器领域也具有广泛的应用前景。同时，研究人员也发现，将石墨烯掺杂一定的杂原子之后，其性能将得到很好的提升，可用于电化学储能。氮作为一种常用的掺杂原子，其掺杂石墨烯制备的超级电容器电极材料，既可以保持石墨烯的优良性能，又可以发挥氮的高活性特性，具有极大的研究价值。
二、研究目的
本项目旨在制备出一种氮掺杂石墨烯氢氧化镍（Ni(OH)2）复合电极材料，并对其超级电容性能进行研究。具体研究内容和目的主要包括以下方面：
1.氮掺杂石墨烯的制备
（1）采用Hummers法制备氧化石墨烯；
（2）通过碳热还原法制备石墨烯；
（3）将石墨烯与尿素混合加热，制备出氮掺杂石墨烯材料。
主要研究内容是探讨不同制备方法对氮掺杂石墨烯形貌和结构特征的影响，为后续的超级电容器电极材料制备提供支持。
2.氮掺杂石墨烯与氢氧化镍的复合制备
（1）制备Ni(OH)2的前驱体；
（2）采用水热法将氮掺杂石墨烯与Ni(OH)2前驱体复合；
（3）通过干燥和煅烧得到纳米级的氮掺杂石墨烯/Ni(OH)2复合电极材料。
此项研究内容主要是考察氮掺杂石墨烯与氢氧化镍的复合对电极材料性能的影响，为制备高性能的超级电容器电极材料打下基础。
3.材料表征及性质测试
（1）使用SEM、TEM、XRD等仪器分析氮掺杂石墨烯/Ni(OH)2复合材料的微观形貌和结构特征；
（2）利用量子化学计算分析氮掺杂石墨烯材料的电学性质；
（3）通过循环伏安法、交流阻抗法、容量衰减等测试手段研究制备出的氮掺杂石墨烯/Ni(OH)2复合电极材料的超级电容性能，并进行对比研究。
通过以上测试手段和方法，全面研究材料结构、组成以及电化学性能，并找出影响氮掺杂石墨烯/Ni(OH)2复合材料性能的关键因素。
4.研究进度与时间安排
本研究总时长为1年，具体安排如下：
第1-3个月：文献调研、实验室基础工作、制备氧化石墨烯
第4-6个月：制备氮掺杂石墨烯、制备Ni(OH)2前驱体
第7-9个月：石墨烯和Ni(OH)2的复合制备、材料表征测试
第10-12个月：材料性能测试、数据分析、论文写作。
5.预期成果
（1）成功制备出一种基于氮掺杂石墨烯和氢氧化镍复合的超级电容器电极材料；
（2）对该材料进行控制制备和表征测试，分析其性能和结构特征，并对影响其性能的关键因素进行探究；
（3）在交流阻抗法和循环伏安法测试中获得材料的电化学特性，并得到其容量衰减曲线；
（4）论文发表或投稿至SCI源刊物。