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異質元素摻雜還原氧化石墨烯電極於儲能裝置之應用研究

為了解決1m/s to km/h的問題，作者古安銘 這樣論述：

儲能技術超級電容器的出現為儲能行業的發展提供了巨大的潛力和顯著的優勢。碳基材料，尤其是石墨烯，由於具有蜂窩狀晶格，在儲能應用中備受關注，因其非凡的導電導熱性、彈性、透明性和高比表面積而備受關注，使其成為最重要的儲能材料之一。石墨烯基超級電容器的高能量密度和優異的電/電化學性能的製造是開發大功率能源最緊迫的挑戰之一。在此，我們描述了生產石墨烯基儲能材料的兩種方法，並研究了所製備材料作為超級電容器裝置的電極材料的儲能性能。第一，我們開發了一種新穎、經濟且直接的方法來合成柔性和導電的 還原氧化石墨烯和還原氧化石墨烯/多壁奈米碳管複合薄膜。通過三電極系統，在一些強鹼水性電解質，如 氫氧化鉀、清氧化鋰

和氫氧化鈉中，研究加入多壁奈米碳管對還原氧化石墨烯/多壁奈米碳管複合薄膜電化學性能的影響。通過循環伏安法 (CV)、恆電流充放電 (GCD) 和電化學阻抗譜 (EIS) 探測薄膜的超級電容器行為。通過 X 射線衍射儀 (XRD)、拉曼光譜儀、表面積分析儀 (BET)、熱重分析 (TGA)、場發射掃描電子顯微鏡 (FESEM) 和穿透電子顯微鏡 (TEM) 對薄膜的結構和形態進行研究. 用 10 wt% 多壁奈米碳管(GP10C) 合成的還原氧化石墨烯/多壁奈米碳管薄膜表現出 200 Fg-1 的高比電容，15000 次循環測試後保持92%的比電容，小弛豫時間常數（~194 ms）和在2M氫氧化

鉀電解液中的高擴散係數 (7.8457×10−9 cm2s-1)。此外，以 GP10C 作為陽極和陰極，使用 2M氫氧化鉀作為電解質的對稱超級電容器鈕扣電容在電流密度為 0.1 Ag-1 時表現出 19.4 Whkg-1 的高能量密度和 439Wkg-1 的功率密度，以及良好的循環穩定性:在，0.3 Ag-1 下，10000 次循環後，保持85%的比電容。第二，我們合成了一種簡單、環保、具有成本效益的異質元素（氮、磷和氟）共摻雜氧化石墨烯（NPFG）。通過水熱功能化和冷凍乾燥方法將氧化石墨烯進行還原。此材料具有高比表面積和層次多孔結構。我們廣泛研究了不同元素摻雜對合成的還原氧化石墨烯的儲能性能

的影響。在相同條件下測量比電容，顯示出比第一種方法生產的材料更好的超級電容。以最佳量的五氟吡啶和植酸 (PA) 合成的氮、磷和氟共摻雜石墨烯 (NPFG-0.3) 表現出更佳的比電容（0.5 Ag-1 時為 319 Fg-1），具有良好的倍率性能、較短的弛豫時間常數 (τ = 28.4 ms) 和在 6M氫氧化鉀水性電解質中較高的電解陽離子擴散係數 (Dk+ = 8.8261×10-9 cm2 s–1)。在還原氧化石墨烯模型中提供氮、氟和磷原子替換的密度泛函理論 (DFT) 計算結果可以將能量值 (GT) 從 -673.79 eV 增加到 -643.26 eV，展示了原子級能量如何提高與電解質

的電化學反應。NPFG-0.3 相對於 NFG、PG 和純 還原氧化石墨烯的較佳性能主要歸因於電子/離子傳輸現象的平衡良好的快速動力學過程。我們設計的對稱鈕扣超級電容器裝置使用 NPFG-0.3 作為陽極和陰極，在 1M 硫酸鈉水性電解質中的功率密度為 716 Wkg-1 的功率密度時表現出 38 Whkg-1 的高能量密度和在 6M氫氧化鉀水性電解質中，24 Whkg-1 的能量密度下有499 Wkg-1的功率密度。簡便的合成方法和理想的電化學結果表明，合成的 NPFG-0.3 材料在未來超級電容器應用中具有很高的潛力。

以一步驟表面電漿誘發剝離法製備氮摻雜碳化鉬/石墨烯奈米片複合材料及其性質和產氫催化性能

為了解決1m/s to km/h的問題，作者呂弈均 這樣論述：

在此論文中，講述運用一步驟表面電漿誘發剝離法，製備碳化鉬/石墨烯奈米片複合材料和氮摻雜碳化鉬/石墨烯奈米片複合材料，探討碳化鉬和石墨烯奈米片的比例對表面形貌、材料性質和其應用於電催化產氫中的催化劑表現，並以前者最佳催化表現的比例進行氮摻雜探討異質摻雜對表面形貌、材料性質和其應用於電催化產氫中的催化劑的影響。一步驟表面電漿誘發剝離法是先以石墨紙為基材製備雙層電極，再將雙層電極接到陰極、1M硫酸為電解液，通以70伏特的電壓，在陰極尖端會產生電漿並從雙層電極上剝離複合材料到電解液中，再把電解液抽氣過濾即可得到產物。使用SEM和TEM觀察碳化鉬/石墨烯奈米片複合材料的呈現互相交疊的情形，碳化鉬表面變

崎嶇、尺寸變小，石墨烯奈米片則呈現奈米片狀結構；以EDS和XPS分析可以得知添加氮源可對複合材料中的碳化鉬進行氮摻雜；透過拉曼光譜儀可以得知複合材料中的石墨烯奈米片為少層數；以XRD對材料進行分析和文獻比對後可以得知複合材料中的碳化鉬為beta相結構；把材料以一定比例塗在碳玻璃電極上進行電化學量測，透過LSV量測可得知碳化鉬/石墨烯奈米片複合材料中的最佳過電位是GM-300，數值為247mV，氮摻雜碳化鉬/石墨烯奈米片複合材料中最佳過電位是GM-N50，數值為185mV。塔弗曲線圖中，碳化鉬/石墨烯奈米片複合材料中的塔弗斜率最好的是GM-300，數值為86(mV/dec)，氮摻雜碳化鉬/石墨烯

奈米片複合材料中斜率最好的是GM-N50，數值為70(mV/dec)。一步驟表面電漿誘發剝離法能成功同時複合材料進行剝離和異質摻雜，而且此製程有著快速、便宜和單步驟完成製程等優勢，是一項具有研究潛力的製程，未來可以替換其他產氫催化材料進行複合材料的研究。