Investigation of Enhanced Electrochemical Properties of Graphene/Fe2O3 Nanocomposite

Abstract

Графіт використовували для приготування функціоналізованого оксиду графену (GO) методом Хаммерса. Порошок α-Fe2O3 отримували гідротермальною технікою. Тонкоплівкові електроди з GO, α-Fe2O3 (концентрації 0,05; 0,1 та 0,2 М) і графену у поєднанні з α-Fe2O3@GO (1, 2 та 3 %) були підготовлені методом спрей-піролізу за допомогою повітря та різних оптимізованих умов: відстань між розпилювачем та підкладкою становила 22 см, швидкість потоку була 5 мл/хв, і вони використовувалися як анодний матеріал для суперконденсатора. GO та нанокомпозит α-Fe2O3@GO характеризувалися інфрачервоною спектроскопією з перетворенням Фур'є (FTIR), порошковою рентгенівською дифракцією (XRD) та скануючою електронною мікроскопією (SEM). Дослідження FTIR показали, що смуга з підвищеною пропускною здатністю при 1735 см – 1 пов'язана з модами валентних коливань C=O в карбонових кислотах та карбонільних групах. XRD пік (002) зник, а пік (111) з'явився для графіту та GO відповідно, тобто вихідний продукт повністю окислився після хімічного окислення та відшарування. Результати SEM показали, що товсті графенові поверхні складені разом. Що стосується електрохімічних досліджень, циклічну вольтамперометрію та стабільність GO та нанокомпозиту α-Fe2O3@GO проводили з використанням трьох конфігурацій електродів у 1 M водному електроліті KCl. GO та нанокомпозити α-F0.05, α-F0.05@1%GO забезпечували максимальну питому ємність відповідно 262, 201 і 312 Ф·г – 1 при швидкості сканування 2 мВ·с – 1.

Graphite was used to prepare functionalized graphene oxide (GO) by Hummers method. The α-Fe2O3 powder was prepared by hydrothermal technique. Thin-film electrodes of GO, α-Fe2O3 (0.05. 0.1 and 0.2 M concentrations) and graphene coupled with α-Fe2O3@GO (1, 2 and 3 %) were prepared by spray pyrolysis technique using air and various optimized conditions: the distance between the spray nozzle and the substrate was 22 cm, the flow rate was 5 ml/min, and were used as anode material for supercapacitor. GO and α-Fe2O3@GO nanocomposite were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray powder diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM). The FTIR showed the strong band at 1735 cm – 1 associated with stretching vibration modes of C=O in carboxylic acid and carbonyl groups. The XRD (002) peak disappeared and the (111) peak appeared for graphite and GO, respectively, i.e., the product was completely oxidized after chemical oxidation and exfoliation. The SEM showed that thick sheets are stacked together. For electrochemical studies, cyclic voltammetry and stability of GO and α-Fe2O3@GO nanocomposite were carried out using three electrode configurations in 1 M KCl aqueous electrolyte. The GO, α-F0.05, α-F0.05@1%GO nanocomposites provided the maximum specific capacitance of 262, 201 and 312 F·g – 1 at a scan rate of 2 mV·s – 1, respectively.