1．目的及意义
太阳能、风能、水电、生物质能等可再生能源技术取得了重大进展，但是这些可再生能源存在时效性及发电输出不均匀等特点，因此，亟需开发高效的储能器件将这些不稳定的能量储存起来，以实现连续稳定地供能。超级电容器因其能量密度高、充放电速率快、使用寿命长和维护成本低等优点被认为是一种很有潜力的能源存储装置，它可以将能量储存在两层间隔很近的带相反电荷的层中，用于电动汽车、电子产品、内存备份和军事设备供电^[1-2]。

超级电容器根据储能机理分为双电层超级电容器和赝电容超级电容器。传统的超级电容器，即双电层电容器，通常采用高表面积和孔隙率的碳基材料电极，通过在电极/电解质界面快速吸附电子来储存能量，从而提供快速的充放电速率和较高的功率密度。然而，传统的双电层电容器能量密度较低，在水系和有机电解质中能够储存的电荷也非常低。赝电容器，也称法拉第准电容，通过电极表面和电极内部的法拉第电荷转移实现能量存储，可获得比双电层电容更高的比电容和能量密度。在相同电极面积下，赝电容是双电层电容量的10～100倍。

在众多的超级电容器电极材料中，Fe₃O₄具有能量密度高、理论比电容高（gt;1000 F g^-1），且无毒环保，原材料来源丰富，制备成本低廉等优点。但是，Fe₃O₄的导电性较差，在高电流密度下比电容很不理想，且在电化学反应过程中，Fe₃O₄容易发生结构破坏，这是导致其电容快速衰减的重要原因。如何通过材料设计提高Fe₃O₄的电导率，并实现电化学反应过程中的应力释放，从而减小结构破坏或坍塌，是实现Fe₃O₄材料大规模商业化应用的关键。

通过纳米技术对Fe₃O₄材料进行结构设计是一种提升其电化学性能的常用方法。与尺寸较大的块体材料相比，纳米结构材料具有较高的比表面积，可以实现活性物质材料与电解液的充分浸润，为法拉第反应提供更多的电化学活性位点，大大缩短离子和电子传输/扩散路径，提高动力学反应速率。目前，通过溶胶凝胶、化学气相沉积、静电纺丝、溶剂热、电化学沉积、喷雾干燥等方法，多种不同结构和形貌的Fe₃O₄材料被制备出来，如纳米线、纳米管、纳米棒、纳米片、中空纳米球、纳米花等。

2013年，Wang等利用FeCl₃和乙醇胺的络合及水解效应，通过简单的超声法合成了一种结晶度高、粒径分布均一的超小Fe₃O₄颗粒。其比表面积可达165.05 m² g^-1，表现出优异的倍率性能和循环稳定性，在0.4 A g^-1和10 A g^-1的电流密度下，比电容分别为207.7 F g^-1和90.4 F g^-1，循环2000圈后，其电容几乎无衰减。

同时，将Fe₃O₄与导电性能优异的石墨烯、碳纳米管等新型碳基材料复合，可提高比表面积、防止活性物质团聚、促进电子/离子传导、扩展Fe₃O₄的潜在窗口，同时可缓冲电化学反应释放的应力，增强材料结构稳定性，并提供额外的电容。理想的复合材料可以克服各组分的缺点，充分发挥协同效应，但是，也可能出现相反的结果，因此需要严格控制复合材料的组分和各组分之间的比例，以达到一个折中的效果。

Wang等通过热解一种新型的具有纺锤体形貌的金属有机框架材料MIL-88-Fe，得到一种大孔碳/多孔碳掺杂Fe₃O₄纳米棒材料，多孔碳掺杂Fe₃O₄负载在由洋麻秆热解衍生的3D大孔碳骨架中，该种材料在1 A g^-1的电流密度下比电容可达285.4 F g^-1，在2 A g^-1的电流密度下循环2000次以后，仍有220.5 F g^-1的电容保持。

Kumar等采用简单的原位微波法合成了3D Fe₃O₄/rGO纳米片杂化体，rGO纳米片之间相互交联，形成三维网状结构，rGO纳米片具有较大的比表面积和反应边界，有利于纳米粒子的附着。该材料中Fe₃O₄纳米颗粒粒径为50~200 nm，均匀分散在rGO纳米片层中，同时，rGO纳米片也阻止了Fe₃O₄纳米颗粒的团聚，提高了复合材料的电化学容量和循环稳定性。在扫描速率为8 mV s^-1时，比电容可达455 F g^-1，在3.8 A g^-1的电流密度下经过 9600次循环后，仍有91.4%的电容保持率。

综上所述，设计构筑Fe₃O₄/碳基材料的复合材料是一种提升该种材料超级电容器性能十分有效的方法。

因此，本文将Fe₃O₄与导电性能优异的石墨烯复合，借助海藻酸钠的诱导作用，设计构筑了一种Fe₃O₄/GA复合材料。

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2. 研究的基本内容与方案

{title} 1、材料制备

（1）以天然石墨粉为原料，采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯。