| 致谢 | 第5-6页 |
| 摘要 | 第6-9页 |
| Abstract | 第9-12页 |
| 1 绪论 | 第19-40页 |
| 1.1 课题背景 | 第19页 |
| 1.2 超级电容概述 | 第19-24页 |
| 1.2.1 超级电容工作原理 | 第20-22页 |
| 1.2.2 超级电容储能特点 | 第22页 |
| 1.2.3 超级电容储能相关政策 | 第22-23页 |
| 1.2.4 超级电容的应用领域 | 第23-24页 |
| 1.3 储能材料的发展 | 第24-29页 |
| 1.3.1 电极材料影响电容的因素 | 第24-26页 |
| 1.3.2 传统碳材料 | 第26-28页 |
| 1.3.3 石墨烯纳米材料 | 第28-29页 |
| 1.4 双电层理论的发展 | 第29-37页 |
| 1.4.1 经典双电层理论 | 第29-30页 |
| 1.4.2 纳米材料储能的特殊性 | 第30-32页 |
| 1.4.3 能质传递微观机理的研究现状 | 第32-37页 |
| 1.5 本论文研究内容 | 第37-40页 |
| 2 实验方法 | 第40-43页 |
| 2.1 实验材料 | 第40页 |
| 2.2 实验设备 | 第40页 |
| 2.3 材料表征 | 第40-41页 |
| 2.3.1 扫描电子显微镜 | 第41页 |
| 2.3.2 X-射线光电子能谱 | 第41页 |
| 2.3.3 拉曼光谱分析 | 第41页 |
| 2.3.4 透射电子显微镜 | 第41页 |
| 2.4 电化学性能表征 | 第41-43页 |
| 2.4.1 循环伏安法 | 第41-42页 |
| 2.4.2 恒电流充放电 | 第42页 |
| 2.4.3 电化学阻抗谱法 | 第42-43页 |
| 3 数值计算方法 | 第43-62页 |
| 3.1 概述 | 第43页 |
| 3.2 密度泛函理论 | 第43-51页 |
| 3.2.1 Schr(?)dinger方程 | 第43-44页 |
| 3.2.2 Born-Oppenheimer近似 | 第44-45页 |
| 3.2.3 Hartree-Fock近似 | 第45-47页 |
| 3.2.4 Tomas-Fermi模型 | 第47-48页 |
| 3.2.5 Kohn-Sham方程 | 第48-50页 |
| 3.2.6 交换关联能 | 第50-51页 |
| 3.2.7 Kohn-Sham方程求解 | 第51页 |
| 3.3 分子动力学模拟 | 第51-60页 |
| 3.3.1 基本原理 | 第52页 |
| 3.3.2 初始条件 | 第52-53页 |
| 3.3.3 边界条件 | 第53-54页 |
| 3.3.4 截断半径 | 第54页 |
| 3.3.5 系综选择 | 第54-55页 |
| 3.3.6 有限差分方法 | 第55-58页 |
| 3.3.7 势函数 | 第58-59页 |
| 3.3.8 物理量计算 | 第59-60页 |
| 3.4 软件介绍 | 第60-62页 |
| 3.4.1 Material Studio | 第60页 |
| 3.4.2 QUANTUM-ESPRESSO | 第60页 |
| 3.4.3 LAMAPS | 第60-62页 |
| 4 单层石墨烯储能边缘效应 | 第62-84页 |
| 4.1 引言 | 第62页 |
| 4.2 经典均匀电荷密度方法 | 第62-63页 |
| 4.3 DFT和MD模型 | 第63-66页 |
| 4.3.1 DFT模型构建 | 第63-65页 |
| 4.3.2 MD模型构建 | 第65-66页 |
| 4.4 DFT结果与分析 | 第66-69页 |
| 4.5 MD结果与分析 | 第69-75页 |
| 4.5.1 边缘效应对数密度分布的影响 | 第69-72页 |
| 4.5.2 边缘效应对自由能阻力的影响 | 第72-74页 |
| 4.5.3 边缘效应对双电层厚度的影响 | 第74-75页 |
| 4.6 模型可靠性验证 | 第75-82页 |
| 4.6.1 层数和基底对电中性体系界面润湿特性的影响 | 第75-77页 |
| 4.6.2 层数和基底对荷电体系双电层结构的影响 | 第77-81页 |
| 4.6.3 层数和基底对储能性能的影响 | 第81-82页 |
| 4.7 本章小结 | 第82-84页 |
| 5 多层石墨烯储能边缘效应 | 第84-104页 |
| 5.1 引言 | 第84页 |
| 5.2 模型构建 | 第84-86页 |
| 5.3 边缘效应对电容的影响 | 第86-88页 |
| 5.4 边缘效应对动力学行为的影响 | 第88-91页 |
| 5.5 机理分析与讨论 | 第91-102页 |
| 5.5.1 数密度分布 | 第91-94页 |
| 5.5.2 屏蔽系数 | 第94-96页 |
| 5.5.3 电场分布 | 第96-98页 |
| 5.5.4 电势曲线 | 第98-100页 |
| 5.5.5 可靠性分析 | 第100-102页 |
| 5.6 本章小结 | 第102-104页 |
| 6 尺寸效应对石墨烯纳米通道储能影响 | 第104-127页 |
| 6.1 引言 | 第104页 |
| 6.2 非受限空间储能 | 第104-114页 |
| 6.2.1 模型构建 | 第104-106页 |
| 6.2.2 储能性能 | 第106-112页 |
| 6.2.3 动力学行为 | 第112-114页 |
| 6.3 纳米受限空间储能 | 第114-118页 |
| 6.3.1 模型构建 | 第114-115页 |
| 6.3.2 纳米尺度储能“异常增加” | 第115-116页 |
| 6.3.3 入口阻力计算 | 第116-117页 |
| 6.3.4 动力学性质 | 第117-118页 |
| 6.4 机理分析与讨论 | 第118-123页 |
| 6.4.1 “去溶剂化”现象 | 第118-120页 |
| 6.4.2 “single-layer”排布结构 | 第120-122页 |
| 6.4.3 径向分布函数 | 第122-123页 |
| 6.5 实验验证 | 第123-125页 |
| 6.6 本章小结 | 第125-127页 |
| 7 润湿性能对石墨烯纳米通道储能影响 | 第127-159页 |
| 7.1 引言 | 第127-128页 |
| 7.2 表面润湿特性调控 | 第128-129页 |
| 7.3 非受限空间储能 | 第129-137页 |
| 7.3.1 模型构建 | 第129-130页 |
| 7.3.2 电容结果 | 第130-132页 |
| 7.3.3 数密度分布 | 第132-134页 |
| 7.3.4 自由能曲线 | 第134-136页 |
| 7.3.5 电势曲线 | 第136-137页 |
| 7.4 受限空间储能 | 第137-143页 |
| 7.4.1 模型构建 | 第137-138页 |
| 7.4.2 非对称钟型电容曲线 | 第138页 |
| 7.4.3 机理分析与讨论 | 第138-143页 |
| 7.5 润湿特性对储能动力学行为的影响 | 第143-152页 |
| 7.5.1 接触角表征 | 第143页 |
| 7.5.2 超级电容模型构建 | 第143-144页 |
| 7.5.3 储能动力学行为 | 第144-150页 |
| 7.5.4 储能微观机理 | 第150-152页 |
| 7.6 超亲水材料的储能机理研究 | 第152-158页 |
| 7.6.1 模型构建 | 第152-153页 |
| 7.6.2 电容结果 | 第153-154页 |
| 7.6.3 机理分析与讨论 | 第154-158页 |
| 7.7 本章小结 | 第158-159页 |
| 8 垂直取向石墨烯超级电容高性能储能 | 第159-199页 |
| 8.1 引言 | 第159-162页 |
| 8.2 垂直取向石墨烯的形貌定向调控 | 第162-175页 |
| 8.2.1 垂直取向石墨烯的生长高度调控 | 第162页 |
| 8.2.2 垂直取向石墨烯的生长密度调控 | 第162-163页 |
| 8.2.3 材料表征 | 第163-170页 |
| 8.2.4 电化学性能表征 | 第170-175页 |
| 8.3 电解液的选择与设计 | 第175-184页 |
| 8.3.1 室温离子溶液概述及挑战 | 第175-178页 |
| 8.3.2 室温离子溶液的优化设计 | 第178-184页 |
| 8.4 垂直取向石墨烯基赝电容储能 | 第184-195页 |
| 8.4.1 材料制备与表征 | 第184-187页 |
| 8.4.2 交流阻抗谱 | 第187-190页 |
| 8.4.3 循环伏安特性 | 第190-191页 |
| 8.4.4 恒电流充放电测试 | 第191-193页 |
| 8.4.5 能量和功率密度 | 第193-195页 |
| 8.5 大规模制备垂直取向石墨烯 | 第195-197页 |
| 8.6 本章小结 | 第197-199页 |
| 9 全文总结与展望 | 第199-204页 |
| 9.1 全文总结 | 第199-201页 |
| 9.2 研究创新点 | 第201-202页 |
| 9.3 研究展望 | 第202-204页 |
| 参考文献 | 第204-227页 |
| 作者简历 | 第227-230页 |