에너지 저장 전극 물질에서 수열반응을 통한 그래핀 옥사이드의 자발적인 환원,박리 및 N-Doping / Simultaneous Reduction, Exfoliation and Nitrogen Doping of Graphene Oxide via Hydrothermal Reaction for Energy Storage Electrode Materials
- Resource Type
- Dissertation/ Thesis
- Authors
- 장항 / Zhang, Hang
- Source
- Subject
- Graphene
Nitrogen-doped Graphene
Ammonium Carbonate
Hydrothermal
Surpercapacitor
- Language
- English
Nitrogen (N)-doped graphene (NG) sheets were fabricated by a pollution-free reaction under hydrothermal environment using (NH4)2CO3 as N-source. The doping of N on the surface of graphene was confirmed by Fourier transform infrared and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis. The XPS elemental analysis results showed that the nitrogen content in NG was about 10.08% and the oxygen content decreased significantly due to hydrothermal reduction of graphene oxide (GO). Hydrothermal reduction of GO was also helpful for the expansion of reduced GO (r-GO) sheets to enhance the available surface areas. The doping level of N can be controlled by adjusting the mass ratios of (NH4)2CO3/GO and the reaction temperature. Field emission scanning electron microscopy and Transmission electron microscopy revealed that the appearance of transparent sheets of graphene with wrinkles. It was seen that the electrochemical performance of the N-doped samples increased with increasing the N content in the r-GO. The samples reduced and exfoliated at 130 °C showed excellent specific capacitance of 265 F g-1 at a current density of 5 A g-1. All the results suggested that this simple and pollution-free approach could be used to synthesize the NG sheets for advanced application as high performance energy storage electrode materials.
질소로 도핑한 그래핀 시트는 수열반응 조건하에 (NH4)2CO3를 질소 제공 원료로 사용하여 친환경 반응으로 제작되었다. 그래핀 표면 위의 질소 도핑은 FT-IR 과 XPS를 이용하여 확인하였다. XPS 분석 결과는 NG 에서의 질소 함량이 10.08% 인 것을 보여주며, 산소 함량이 그래핀 옥사이드의 수열 환원 반응에 의해 크게 감소했음을 보여준다. GO의 수열 환원반응은 이용 가능한 표면적을 증가시키기 위해 환원된 GO의 확대에 도움을 준다. 질소의 도핑 수준은(NH4)2CO3 와 GO의 질량 비율과 반응 속도를 조정함으로서 조절 할 수 있다. FE-SEM 과 TEM은 주름이 있는 투명한 그래핀 시트의 특징을 보여준다. r-GO에서 질소의 함량이 증가 할수록 질소로 도핑된 샘플의 전기 화학적 능력이 향상되었다. 130 °C 에서 환원되고 박리된 샘플은 전류 밀도 5A g-1 에서 265F g-1 의 뛰어난 비정전용량을 보였다. 이러한 모든 결과들은 이 샘플과 친환경적 접근법이 높은 에너지 저장 능력을 가진 전극 물질을 위한 NG 시트의 합성에 사용 될 수 있음을 보여준다.