將氧化石墨烯(GO)與碳化細菌纖維素(CBC)(7:3，質量比)超聲復合，用水合肼原位還原制得碳化細菌纖維素/石墨烯(CBC/CCG)復合材料。利用動態力顯微鏡(DFM)、掃描顯微鏡(SEM)、X 射線衍射(XRD)、激光拉曼光譜(Raman)對其形貌、結構進行表征。并通過循環伏安、交流阻抗、恒流充放電測試等方法比較了CBC/CCG復合材料和石墨烯(CCG)作為超級電容器電極在6mol/LKOH 溶液中的電容性能。

　　結果表明，在10mA/cm2 電流密度下，CCG 比容量為87.79F/g，CBC/CCG 復合材料的比容量達到168.99F/g，CBC/CCG 復合材料的電化學性能要優于CCG，具有良好應用前景。

1、引言

　　超級電容器，又稱雙電層電容器，與傳統的能源存儲設備相比具有功率高，重量輕，熱操作范圍廣，使用壽命長，維護成本低等優點。隨著存儲系統的需求日益增加，超級電容器已經引起了廣泛的研究。作為碳家族的新成員-石墨烯，由于其獨特的電學和力學性能，以及較大的比表面積，已經成為一種極具有吸引力和前途的超級電容器電極材料。

　　目前因石墨烯的制備效率較低，極大地限制了其生產與應用。通過化學方法還原氧化石墨烯制備石墨烯，操作簡便，產量大，同時石墨烯溶膠的產物形式便于材料的進一步加工、成型，是目前制備石墨烯較為常用的一種方法。但是通過化學分散法制得的石墨烯由于片層間存在較強的π-π堆積，在大量合成與加工石墨烯納米片的過程中，極易發生團聚，因而很難得到大部分表面分布有單片層石墨烯的電極，使得石墨烯表面利用率大大降低。但是通過在石墨烯片層表面附著一些其他的分子可以減少團聚的發生，YanJun等采用納米炭黑粒子作為間隔物，從而使石墨烯的電化學利用率得到提高，但是炭黑粒子提供的納米孔道尺寸分布較窄，不利于電解液離子在電極材料中快速擴散。成會明研究小組[10]提出將不同尺度孔(大孔-中孔-微孔)以三維網絡形式組裝的方法制備電極材料，在高倍率條件下同時具備很高能量密度和功率密度。本文是在我們前期研究工作的基礎之上，將具有良好電化學性能且含有不同尺度孔的三維網絡結構的碳化細菌纖維素與石墨烯結合，制備了CBC/CCG復合材料，并對其電學性能進行研究。碳化細菌纖維素的三維網絡結構，不僅能夠防止石墨烯納米片發生團聚，使其電化學利用率得到提高，而且大孔-中孔協同作用可實現電解液離子在多孔炭電極中的準體相快速擴散行為，從而減小了石墨烯的電荷轉移電阻，使其具有良好的電化學性能。

2、實　驗

　　2.1、實驗試劑

　　碳化細菌纖維素(CBC)(平均孔徑8.4nm)，自制;石墨粉(GNP)(≤30μm)，上海華誼集團華原化工有限公司;高錳酸鉀(AR)、濃硫酸(AR)、鹽酸(AR)、無水乙醇(AR)、水合肼(80%，AR)、甲醇(AR):成都市科龍化工試劑廠;磷酸(AR)、過氧化氫(AR):成都市聯合化工試劑研究所。

　　2.2、氧化石墨烯的制備

　　采用改進方法[(improvedmethod)制備氧化石墨，即將9:1的H2SO4/H3PO4(360mL:40mL)倒入冰水浴中裝有3g石墨粉的燒杯中，邊攪拌邊加入18g高錳酸鉀，控制反應溫度在35~40℃，完成后，升溫至50℃，繼續攪拌反應12h。待反應液冷卻至室溫，倒入裝有400mL冰水的燒杯中，并加入3mL30%的過氧化氫溶液，反應液在200目的標準篩下過篩，取濾液4000rpm 離心4h。離心產物依次用超純水、30%的鹽酸和無水乙醇(200mL)洗滌2 次，室溫下真空干燥12h，即得到氧化石墨，并通過超聲分散制備氧化石墨烯水溶膠。

　　2.3、碳化細菌纖維素/石墨烯復合材料的制備

　　將300mg碳化細菌纖維素加入到裝有700mg/700mL氧化石墨烯水溶液的三頸瓶中，超聲90min。然后將三頸瓶放入95℃油浴中，并向反應液中滴加7mL水合肼，冷凝回流5h，反應完成后，反應液分別用去離子水和甲醇(300mL)洗滌(2~3次)、過濾，濾餅冷凍干燥，即得CBC/CCG復合材料。

　　2.4、碳化細菌纖維素/石墨烯電極材料的制備

　　按照m (CBC/CCG復合材料):m (導電炭黑):m (粘結劑(PTFE))=8:1.5:0.5混合均勻，加入適量乙醇超聲分散均勻，涂于泡沫鎳基底上(1cm×1cm)，并在10MPa的壓力下壓片，60℃真空干燥12h，即得CBC/CCG電極片。

　　2.5、性能測試

　　用SPI3800N 型掃描探針顯微鏡(日本精工)動態力模式(DFM)、ULTRA55型場發射掃描電子顯微鏡(ZEISS，Germany)、InVia型拉曼光譜分析儀(英國雷尼紹公司)、X’PertPRO 型X 射線衍射(荷蘭帕納科公司)對其形貌、結構、物相進行表征;本文采用典型的三電極體系進行CBC/CCG、CBC和CCG 電極材料的電化學性能測試。Hg/HgO 電極為參比電極，石墨電極為對電極，整個測試過程是在室溫下的6mol/LKOH 電解液中進行。采用CHI760C電化學工作站(上海辰華儀器公司)對電極進行循環伏安(CV)、交流阻抗(EIS)、恒電流充放電測試。

結論

　　(1)　氧化石墨烯(GO)與碳化細菌纖維素(CBC)(7:3，質量比)超聲復合，并用水合肼原位還原制得的碳化細菌纖維素/石墨烯(CBC/CCG)復合材料具有較小的傳荷電阻，較大的比電容，在10mA/cm2 電流密度下，其比容量達到168.99F/g。

　　(2)　碳化細菌纖維素在復合材料中不僅增加了電解液離子在CBC/CCG 電極材料中的運輸通道，提高了電極材料的功率密度，而且有效防止了石墨烯層與層之間的團聚，使石墨烯的電荷存儲能力大大提高，為超級電容器電極材料制備提供了一種新的思路和途徑。