石墨烯在電化學(xué)儲(chǔ)能過(guò)程中理論研究進(jìn)展

蘇方遠(yuǎn)，　謝莉婧，　孫國(guó)華，　孔慶強(qiáng)，　李曉明，　劉　卓，　陳成猛

(中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所 炭材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山西 太原030001)

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石墨烯在電化學(xué)儲(chǔ)能過(guò)程中理論研究進(jìn)展

蘇方遠(yuǎn)，謝莉婧，孫國(guó)華，孔慶強(qiáng)，李曉明，劉卓，陳成猛

(中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所 炭材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山西 太原030001)

本文對(duì)目前石墨烯在電化學(xué)儲(chǔ)能過(guò)程中理論計(jì)算的研究進(jìn)行系統(tǒng)整理，從石墨烯材料電子結(jié)構(gòu)特征出發(fā)，對(duì)其在超級(jí)電容器、鋰離子電池和氧還原過(guò)程中石墨烯起的作用進(jìn)行綜述，詳細(xì)討論了石墨烯在以上不同電化學(xué)環(huán)境中與物質(zhì)的相互作用機(jī)制，為新型石墨烯基電化學(xué)儲(chǔ)能器件的研究提供理論基礎(chǔ)和研究思路。

石墨烯； 電化學(xué)儲(chǔ)能； 理論計(jì)算； 電子結(jié)構(gòu)

1　前言

石墨烯由于具有二維平面幾何特征和獨(dú)特的電子行為被廣泛用于電化學(xué)儲(chǔ)能研究領(lǐng)域，改善諸如超級(jí)電容器、鋰離子電池的輸出性能和提高氧還原過(guò)程(ORR)電催化活性。目前文獻(xiàn)中大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果報(bào)道也證實(shí)了石墨烯對(duì)不同儲(chǔ)能領(lǐng)域場(chǎng)合的作用[1-7]。同時(shí)，研究者們也進(jìn)行了大量的理論計(jì)算，從原子和電子的層次對(duì)石墨烯的作用機(jī)制進(jìn)行解釋。本文將對(duì)目前石墨烯在電化學(xué)過(guò)程中的理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行綜述，以超級(jí)電容器、鋰離子電池和ORR過(guò)程為典型代表，整理目前得到的重要結(jié)論，加深對(duì)石墨烯功能的理解，也為新型石墨烯基電化學(xué)儲(chǔ)能器件提供研究思路。

從電化學(xué)角度來(lái)講，石墨烯在儲(chǔ)能器件中所起的作用主要有四種：一種是石墨烯不參與電化學(xué)反應(yīng)，僅僅通過(guò)與電解液形成雙電層作用來(lái)存儲(chǔ)電荷，提高電容效果，這種情況主要出現(xiàn)在超級(jí)電容器中；……