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石墨烯之合成與多孔石墨烯電極在超級電容器上之應用

為了解決thin ap家用的問題，作者朱慧捷 這樣論述：

本研究探討石墨烯之合成與多孔石墨烯電極在超級電容器上之應用。此外，研究中也分別利用化學還原法與化學氣相沉積法製備多孔石墨烯電極。首先，本研究利用洛神花茶作為環保且無毒性的還原劑，開發低成本且具高效率的石墨烯化學還原製程。研究中也首次探討還原反應中花青素的參與，並提出可能的反應機制。而利用洛神花茶所還原製作出的可撓曲石墨烯薄膜電極，如果搭配家用微波爐進行數秒鐘的微波處理，即可使電極電阻大幅下降4個數量級，電極微結構由原本的層狀結構轉變為多孔結構，並使電極電容值上升至204.4 F g-1。接著，研究中我們使用同樣富含花青素的黑豆水作為還原劑，藉由單一步驟製程的概念，同時達成還原氧化石墨烯與建構

多孔複合材料的目的。本階段使用的多孔石墨烯複合電極，是利用黑豆水還原氧化石墨烯，並利用黑豆水中所含有的水溶性大豆蛋白質的熱誘導凝膠化特性，將還原後的混合溶液經冷卻與冷凍處理以製得水膠，該石墨烯與大豆蛋白質複合的水膠經微波處理後即成為多孔石墨烯複合電極。複合電極經微波處理後會在石墨烯表面產生均勻散布的奈米顆粒，並大幅提升電極導電性與電化學活性面積，該電極之電容值在充放電電流為0.1 A g-1時可達268.4 F g-1。最後我們利用化學氣相沉積法，於活性碳纖維表面設計並製作出具3維多孔結構的聚苯胺/少層石墨烯包覆層。其中，藉由退火處理使活性碳纖維表面電鍍上的鎳顆粒形成網狀連通的結構，並作為石墨

烯成長的基板。接著利用聚苯胺的包覆層保護成長在網狀鎳上的石墨烯層，將鎳金屬以蝕刻的方式移除，即可在活性碳纖維表面留下由聚苯胺/少層石墨烯包覆層所建構的空腔結構；包覆層在蝕刻中產生的破孔可使原本近似封閉的空腔結構轉為開放式的多孔空腔結構，除了可提升電極整體電化學活性表面積，也可使電解液更容易進入到電極的多孔結構中。因此，使此結構之電極可以在充放電電流為0.1 A g-1時達到400.2 F g-1的電容值與61.3 Wh kg-1的儲能量，根據我們的研究顯示，含花青素的植物水性萃取物可作為具有相當潛力的氧化石墨烯還原劑。雖然利用這種製程製備出的石墨烯會因萃取物的吸附使表面產生改質，但同時也可以利

用這種特性，輔以簡單快速的微波處理進而大幅改良電極微結構並提升電化學相關表現。此外，我們也利用化學氣相沉積法，在活性碳纖維表面包覆多孔的聚苯胺/少層石墨烯層，藉以製作出具有獨特多孔結構與優良電化學特性的可撓纖維電極。