1. 研究目的与意义
随着便携电子设备和可再生新能源开发的快速增长，当前的电池的设计标准已无法满足实际需求。在商品化的镍氢、锂离子等二次电池中，存在的充电效率低、循环次数少、大电流输出能力弱等缺陷已严重阻碍了相关工业的发展。只有发展兼具高能量密度和大功率密度的新型储能设备，才能满足人们的日常使用需求，并达到高效利用新能源的目的。而介于普通电容器和充电电池之间的超级电容器作为一种新型储能元件，具有较高的能量存储密度、超万次的循环使用寿命和快速的充放电能力等优点，正成为新型电池的希望之星。影响超级电容器储能能力的因素主要包括电极材料、电解液的导电性和离子迁移率等。而优异的电极材料是充分发挥电解质潜力的关键所在。
目前，碳基材料是超级电容器的核心电极材料，因其超大的电极比表面积和超短的电极距离，可使超级电容器的储能能力极大提高。另外，它可作为骨架，将钴、锰等高电容金属氧化物或导电聚合物结合在一起，通过两种储能机制同时发挥作用，使超级电容器的能量密度超越化学电池的水平。其中的石墨烯更是碳基材料中的佼佼者，它是以sp2杂化连接的单原子层构成的理想的二维晶体纳米材料，垂直于石墨烯晶面方向上的π键使其具有优异的导电性能，加之石墨烯本有的高效导热性能，既可提高电极的散热性能，又可有效降低电容器的内电阻。以生物分子的自组装为基础的生物模板法，可利用生物组织的特殊结构构筑具有特定物理、化学性质的新型材料，如植物的茎秆具有具有较好的机械强度，组成茎秆的纤维素等生物分子富含羧基和羟基等能与金属离子产生链接的官能团，既适合作为制备碳类材料的模板，也易于在碳材料中引入纳米颗粒。本课题采用植物茎秆作为碳源，以硝酸钴作为钴源，经高温石墨化处理后除去杂质，制备具有高储能性能的氧化钴量子点-仿生石墨烯高储能电极材料。2. 研究内容和预期目标
本项目拟在石墨烯片层结构上原位生成纳米氧化铈和氧化钴颗粒，研究其表面结构和晶粒粒径对其储能性能及循环寿命的影响规律，并将之应用于电容储能领域，预期将制备具有超大储能效应的氧化钴量子点-仿生石墨烯电极材料。
3. 研究的方法与步骤
1、选取多孔茎秆作为模板，先进行纯水洗涤，称取5 g放入300 ml纯水中，加入浓度为0.5 mol/l的盐酸2 ml，浸渍8小时。
2、取出经过蒸馏水洗涤多次后，加入0.5 g的硝酸铈和0.5 g的硝酸钴，并在其中加入1 ml的硝酸作为活化剂，继续浸渍8小时。
3、捞出样品后洗涤三次，40 °c风干后4小时后，置于管式炉中以4 °c/min的速度煅烧。
4. 参考文献
[1]曹林,周盈科,陆梅, et al.,纳米氧化钴的制备及其超电容特性.科学通报, 2003. 48(7): 668-670.
[2]陈金华,孙峰,樊桢, et al.,氧化钴多孔薄膜的电化学制备及其超电容性能.湖南大学学报(自科版), 2007. 34(6): 44-48.
[3]赵晶晶,郑明波,吕洪岭, et al.,低温热处理制备石墨烯-氧化钴及其超级电容性能.化学研究, 2012. 23(3): 21-25.
5. 计划与进度安排
2022-12-19～2022-02-12 查阅文献，制定实验方案，完成开题报告。
2022-02-13～2022-04-01 熟悉氧化钴石墨烯材料的制备工艺，合成复合材料。
2022-04-01～2022-05-01 对材料进行表征，研究材料的晶体结构和储能性能之间的关系。
