石墨烯電化學儲能的(de)基(ji)本(ben)理論

　　從電化學角度來講，石墨烯在儲能(neng)器件中(zhong)所起的作(zuo)用主要有四種：一種是石墨烯不參與(yu)電化學反應，僅僅通過(guo)與(yu)電解液(ye)形成雙電層作(zuo)用來存儲電荷(he)，提高電容效果，這種情況主要出現在超(chao)級電容器中(zhong)。

　　另一種則(ze)是與活性物(wu)(wu)質發生(sheng)(sheng)電化(hua)學反(fan)(fan)應，通(tong)過(guo)電子轉移(yi)而產生(sheng)(sheng)法(fa)拉第電流，并為電化(hua)學反(fan)(fan)應的(de)生(sheng)(sheng)成物(wu)(wu)提(ti)供(gong)存(cun)儲(chu)場所(suo)，如鋰離子電池等，或(huo)者雖(sui)然不發生(sheng)(sheng)電化(hua)學反(fan)(fan)應，但是可以通(tong)過(guo)與生(sheng)(sheng)成物(wu)(wu)相互作用而將(jiang)其固定，同樣提(ti)供(gong)存(cun)儲(chu)場所(suo)，如鋰硫電池。

　　同時，石墨烯還(huan)可以為(wei)電(dian)(dian)化(hua)學反應提供催(cui)化(hua)效果，降低(di)電(dian)(dian)化(hua)學反應所需的(de)能量勢壘,如ORR等(deng);還(huan)有一(yi)種則是(shi)利用自身(shen)導電(dian)(dian)性提高電(dian)(dian)極的(de)電(dian)(dian)導率，降低(di)充(chong)放電(dian)(dian)過程中的(de)歐(ou)姆電(dian)(dian)阻(zu)。本(ben)文主要圍繞前面三種作用展開。

　　石墨(mo)烯(xi)在儲能體系中的電(dian)化學行(xing)為與其(qi)(qi)電(dian)子結(jie)構(gou)息息相關。正確認識其(qi)(qi)電(dian)子結(jie)構(gou)將是更好利(li)用石墨(mo)烯(xi)材料(liao)的有效前提(ti)，并且也可以(yi)為具(ju)體應用領域中石墨(mo)烯(xi)材料(liao)的電(dian)子結(jie)構(gou)調整提(ti)供指(zhi)導思路。

　　石墨烯電子結構特征

　　1.石墨(mo)烯及其缺陷類型

　　石墨烯屬于由雙原(yuan)子(zi)基點組成(cheng)的(de)(de)(de)三角(jiao)(jiao)布拉(la)(la)維點陣。由于相(xiang)(xiang)鄰的(de)(de)(de)兩(liang)個碳原(yuan)子(zi)位置(zhi)不等(deng)同(tong)，石墨(mo)烯(xi)晶格可(ke)以(yi)分為(wei)兩(liang)個亞(ya)點陣，每(mei)個亞(ya)點陣都是(shi)三角(jiao)(jiao)布拉(la)(la)維格子(zi)。相(xiang)(xiang)鄰兩(liang)個C原(yuan)子(zi)的(de)(de)(de)間(jian)距為(wei)0.142nm,鍵(jian)角(jiao)(jiao)為(wei)120°，與分子(zi)苯中的(de)(de)(de)數值相(xiang)(xiang)同(tong)。平(ping)面內部C原(yuan)子(zi)通過三個σ相(xiang)(xiang)互相(xiang)(xiang)連，在垂直平(ping)面上碳原(yuan)子(zi)的(de)(de)(de)pz軌道(dao)形成(cheng)離域的(de)(de)(de)π鍵(jian)。圖1給(gei)出了石墨(mo)烯(xi)的(de)(de)(de)結構示(shi)意圖。