人类对于新型能源的开发有三个硬性要求，即能源产生的成本要低、便于运输 储存以及能源的高利用率，且整个生产过程中尽可能的无污染。鉴于以上优点，新 型电化学储能器件已成为当今世界科研领域研究的热点，作为一种介于常规电容器 和化学电池之间的新型储能器件，超级电容器已经成为电化学储能器件中的佼佼 者。超级电容器相较于传统电池，具有能量密度和功率密度高、充电速度快和循环

性能好等优点；超级电容器与传统电容器相比，其具有更高的能量储存密度且放置 时间长，可靠性高。因而超级电容器在电动汽车、便携电子设备、主电源等多领域 有着广阔的应用前景。金属有机骨架（Metal-organic Frameworks, MOFs）材料在催 化、氢气存储、离子交换、传感器、药物中间体、光学材料等相关领域都有广泛的 应用，因此被认为是现今最具前景的材料之一。相比传统的多孔材料，MOF 灵活 多变的孔道结构也成为其被关注的原因之一。MOF 作为新型多孔材料，具有高比 表面积的同时在结构中包含活性金属离子或原子簇，这一显著特征使其具备了成为 高性能超级电容器电极材料的可能。

1。2 三维石墨烯

1。2。1 石墨烯概述

1、石墨烯结构与性质

石墨烯（Graphene）是由碳六元环紧密堆积成的二维(2D)周期蜂窝状点阵结构, 它可以包覆成零维(0D)的富勒烯(fullerene)，或者卷积成一维(1D)的碳纳米管(carbon nanotube, CNT)或者堆垛成三维(3D)的石墨和金刚石(graphite)等各种同素异形体，由 此可知构成其他维数石墨材料的基本单元是石墨烯。石墨烯的基本结构单元为有机 材料中最稳定的苯六元环，是目前科研界最为理想的二维纳米材料。理想中的石墨 烯结构是六方点阵，每个碳原子均为 sp2 杂化，并贡献剩余一个 p 轨道上的电子形 成大 π 键，π 电子可以自由移动，由此大大增强了石墨烯的导电性。

石墨烯有着很高的比表面积，不仅有着与石墨和碳纳米管的共同优点，另外还 有着一些特有的性质。其中石墨烯的价带和导带相交于费米能级(K 和 K’)处，是 能隙为零的半导体，在费米能级附近其载流子呈现线性的色散关系[1]。电子在石墨 烯中的运动速度为光速的 1/300，远超过了电子在其他半导体中的运动速度，在电 化学方面的优秀性能使其在电子器件、超级电容器及电池等方面有着巨大的潜力[2]。

2、石墨烯的制备方法 有着独特的光学、热学和电学性质的石墨烯，在能源市场短缺的今天是关注的

重点，由于市场需求量的不断增加，能够大规模的生产形貌完整和性能良好的石墨 烯更是研究的重中之重。经过近些年的反复试验，人们大致掌握了以下几种方法：

（1）机械剥离法 机械剥离法（又称胶带剥离法）是指在石墨晶体表面利用机械力剥离下石墨烯，

简单来说，就是通过外力作用将石墨层层剥离而得到层数较少的石墨烯。2004 年， 英国曼彻施特大学的 Gein 和 Novoselov 等突破性的采用胶带反复粘连石墨表面，从 而首次制备出了单层的石墨烯[3]。这种物理制备方法简单，易于操作，制备得到的 石墨烯质量较好；缺点是实验重复性低，不确定因素多，且很难准确控制石墨烯的 尺寸大小和层数，导致失败率高，并不适用于批量大规模生产要求。

（2）化学气相沉积法

化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)是指含碳化合物物，如甲烷 等作为碳源，以镍或铜等金属基底作为催化剂，有机碳源进行高温裂解脱出氢原子， 剩余的碳原子吸附在金属表面，再将基体除去，最终得到理想的石墨烯薄层。据报 道，在 20 世纪 70 年代就开始使用化学气相沉积法来制备石墨烯，当时基体大多选 用金属镍，当时 Kim 等选择甲烷作为碳源，基体选择金属镍，在 1000℃下，高温 裂解下剩余的碳原子在金属镍上沉积，由此制备出的石墨烯层数大约是 3-5 层[4]。 Dervishi 等则选择铜为基底，采用了 CVD 技术也制备出了石墨烯，与 Kim 不同的 是，由此制备出的石墨烯层数中 95%为单层，大体上实现了单层石墨烯制备的可控 性[5]。碳源、生长基体和生长条件是影响石墨烯化学气相沉积最主要的三大因素， 这种方法制得的石墨烯完整性好，且易于转移到其他衬底上。