石墨烯具有高的理论比表面积,高的载流子迁移率,高的热导率以及优越的机械强度,是非常有应用前景的超级电容器电极材料。氧化还原法是规模化制备石墨烯的主要方法之一,但是在后续还原和干燥阶段,石墨烯会出现不可控的重新堆叠和团聚等现象,这严重限制了石墨烯基超级电容器的应用。石墨烯基超级电容器的性能主要取决于器件内部电子的传输速度和离子扩散速率,这与电极材料本身的电子结构与微观形貌密切相关。因此,实现石墨烯电极材料微观尺度的精确设计和结构调控,是获得高性能超级电容器的关键。课题组前期研究发现,在氧化石墨烯(GO)的水分散体系中加入一定量的电解质后,其表面电荷密度发生改变;经水热反应,获得还原氧化石墨烯(RGO),并初步研究了RGO的结构与超级电容器性能之间的构效关系。然而电解质与石墨烯之间的作用方式及其对石墨烯凝胶化过程的影响,以及电解质对石墨烯聚集结构和电化学性能的影响机制尚不明确,需要进一步深入研究。本论文在前期研究基础上,探究了电解质作用下GO的凝胶化过程,GO分散液的稳定性和表面电荷分布随加入电解质含量的变化,以及电解质与GO片之间的作用方式。通过改变电解质的阴、阳离子种类,控制GO还原过程中的升温方式和还原方式,调控石墨烯的表面化学组成、孔道结构、亲疏水性及电化学性能,并通过关联产物的结构、化学组成与性能之间的关系,深入揭示石墨烯基超级电容器材料的微观结构与电化学性能之间的构效关系。主要研究内容如下:(1)研究了无机盐对石墨烯表面组成、聚集结构及凝胶化过程的影响。在GO分散液中加入NaCl,考察了GO片的表面电荷分布、GO分散液的稳定性及微流变行为。结果表明,NaCl盐与GO间较弱的范德华力和库仑力等弱结合力导致石墨烯的软团聚,这有别于石墨烯在还原和干燥过程中发生的基于化学键合的硬团聚。在此基础上,考察了不同阴离子钠盐(中性钠离子盐以及具有不同氧化还原活性的钠离子盐)对石墨烯聚集结构的影响,采用水热反应制备了RGO;探讨了不同阴离子盐对石墨烯聚集结构、表面化学组成、表面亲疏水性和电化学性能的影响。结果表明,利用NaCl盐辅助水热法制备的石墨烯样品具有良好的电化学性能,在0.1 A/g时其比容量可达300 F/g左右。(2)考察了升温方式对石墨烯的聚集结构和化学组成的影响。利用微波独特的加热方式加快氧化石墨烯还原反应的升温速率,调控RGO的聚集结构、化学组成,并考察了其电化学性能。结果表明,在GO分散液中加入电解质NaCl,利用微波对反应体系进行加热,石墨烯的聚集和还原反应可在较短的时间内完成。与此同时,石墨烯的表面组成、聚集结构对电化学性能具有一定的影响;微波水热法制备的样品的含氧量较低,在高倍率下的容量衰减较快。(3)采用电解质辅助喷雾干燥-热还原方式对石墨烯聚集结构进行调控。结果表明,采用喷雾干燥法可以在秒级时间尺度上对样品进行干燥,调控样品的聚集形态,实现GO的聚集结构瞬间调控。引入电解质一方面可以提高喷雾干燥过程中GO的收集效率,另一方面电解质可以充当硬模板的作用,使GO片在喷口瞬间聚集成微球状,而后经过热还原,得到聚集结构保持良好的石墨烯材料。采用该法制备的RGO表面富含含氧官能团,残留的含氧官能团可以增加材料的润湿性,提供赝电容,有利于提高材料的比容量。