介孔碳/石墨烯复合材料的制备及其醌类改性电容性能

首先利用硬模板法制备出介孔碳/石墨烯复合材料,然后向复合材料中引入具有赝电容活性的醌类分子进一步增大材料的电容性能。研究结果表明,负载30%（w/w）叔丁基氢醌的介孔碳/石墨烯复合材料具有最佳的电容性能,在电流密度为0.5 A·g^-1时,比电容值为355 F·g^-1;当电流密度高达30 A·g^-1时,其比电容值高达226 F·g^-1,比电容保持率为64%,表现出良好的速率特性。     

表面官能团化增强碳纳米笼超级电容器性能

以具有多级孔结构、高比表面积、良好导电性等特征的碳纳米笼（CNCs）为前体,采用硝酸氧化法在CNCs表面引入含氧官能团。以CNCs为超级电容器电极材料,在相同电流密度下,官能团化样品的比电容显著高于纯CNCs;在1A·g^-1下比电容最高可达到255F·g^-1,比纯CNCs的188F·g^-1增加了34%,这表明表面含氧官能团化能够显著提高CNCs的超级电容器比电容。在100A·g^-1的大电流密度下,硝酸氧化后CNCs的比电容保持在111~167F·g^-1,表明具有良好的耐大电流充放电性能。在10A·g^-1的电流密度下循环10000圈后,CNC-6M样品的比电容由196F·g^-1下降到176F·g^-1,样品的比电容仍保留90%,具有良好的循环稳定性。表面含氧官能团化CNCs所表现出的这种优异的超级电容器性能归因于CNCs的多尺度分级孔结构、高比表面积、良好的导电性、表面亲水性含氧官能团化带来的浸润性提高和引入的赝电容。     

线状全固态CNTF@ZnCo-OH//CNTF@RGO超级电容器的制备与电化学性能

采用电化学沉积在碳纳米管纤维上复合锌钴氢氧化物纳米片（CNTF@ZnCo-OH）,并研究其电化学性能。实验结果表明CNTF@ZnCo-OH电极在2 A·g^-1的电流密度下比电容为748 F·g^-1,在10 A·g^-1的电流密度下循环2 000圈以后,比电容保持率高达110.4%。该优异循环性能得益于碳纳米管纤维基底的网络结构和ZnCo-OH的纳米片状结构。以CNTF@RGO（石墨烯）为负极、CNTF@ZnCo-OH为正极,组装线状全固态非对称CNTF@ZnCo-OH//CNTF@RGO超级电容器。该器件在0.5 A·g^-1电流密度下比电容为70 F·g^-1,2 000次循环后电容保持率为79.6%,并且在不同的弯曲状态下保持电化学性能不变,具有优良的机械稳定性。该非对称线状器件可以在0.8~1.4 V之间工作,其能量密度高达19.1 Wh·kg^-1,对应的功率密度为1 400.3 W·kg^-1。2个30 mm长的线状器件可持续点亮LED灯10 s。     

超高比表面积氮掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以蔗糖为碳源,尿素为氮源,草酸钾为活化剂,通过简单的研磨和高温碳化制备了具有超高比表面积(大于3 000 m²·g^-1)的氮掺杂多孔碳材料。采用多种手段对多孔碳材料的微观形貌、比表面积、孔结构和表面氮物种进行了表征,探究了不同温度下草酸钾和尿素对碳材料的比表面积、氮含量和超级电容性能的影响。结果表明,仅使用草酸钾作为活化剂制备的碳材料KC-800 的比表面积为 1 114 m2·g^-1,而同时使用草酸钾和尿素制备的样品 KNC-800 的比表面积高达 3 033 m²·g^-1。在以 6.0mol·L^-1 KOH 为电解液的三电极体系中,当电流密度为 0.5 A·g^-1时,KNC-800 的比电容为 405 F·g^-1,而 KC-800 的比电容仅为248 F·g^-1。这表明草酸钾和尿素的加入显著提高了多孔碳材料的比表面积和超级电容性能。电容贡献分析表明,KNC-800的双电层电容值和赝电容值均高于KC-800。KNC-800在电流密度为0.5 A·g^-1时经过10 000次循环后仍能保持98.3%的初始比电容,表现出优异的循环性能。     

空心六边形镍钴硫化物/RGO复合物的合成及其超级电容性能

通过两步法制备了一种空心六边形镍钴硫化物（HHNCS）与还原氧化石墨烯（RGO）的纳米复合材料HHNCS/RGO。利用XRD,SEM,TEM和Raman光谱等对复合物进行表征,发现镍钴硫化物为空心六边形结构,并且均匀地附着在RGO的表面。该纳米复合物用作超级电容器电极表现出优异的电化学性能。在电流密度为1 A·g^-1时比电容为927 F·g^-1;当电流密度增大到20 A·g^-1时,比电容仍高达724 F·g^-1,表明材料拥有较好的倍率性能。此外,在电流密度5 A·g^-1下循环2000次后比电容保留有初始值的93%,显示出优异的循环稳定性。HHNCS/RGO优异的电容性能主要是由于RGO的存在不仅增强了材料的导电性,而且作为理想的载体分散HHNCS纳米片。HHNCS/RGO纳米复合物优异的电化学性能使其在超级电容器电极材料领域具有应用前景。     

一种高容量的层状Co-MOF基超级电容器电极材料

通过简单的溶剂热反应合成了一种钴基层状MOF（[Co（4,4''-bpy）（tfbdc）（H₂O）₂],Co-BTH,4,4''-bpy=4,4''-联吡啶,H₂tfbdc=四氟对苯二甲酸）,并考察了其作为超级电容器电极材料的性能。研究结果表明：Co-BTH电极具有良好的赝电容性能,包含高比电容和较好的倍率性能。在1 A·g^-1电流密度下和1 mol·L^-1 KOH溶液中,其比电容最大可达2 316 F·g^-1。在2 A·g^-1的电流密度下,循环1 000次后,电极的比电容仍然还有847 F·g^-1。良好的赝电容性能与Co-BTH的层状结构和小尺寸的纳米片有关。     

壳聚糖基多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以胶态SiO₂纳米粒子为模板,壳聚糖为碳源,ZnCl2为活化剂,制备了具有不同比表面积和孔体积的氮掺杂介孔碳。采用多种表征手段对碳材料的微观形貌、比表面积和孔道结构进行了表征,探究了壳聚糖与SiO₂纳米粒子的比例以及ZnCl2活化剂对碳材料孔体积和比表面积的影响。结果表明,在未使用活化剂时碳材料(CSi-1.75)的孔体积高达4.53 cm³·g^-1,但其比表面积最小(729 m²·g^-1);使用ZnCl₂作为活化剂制备的碳材料(CSi-1.75-Zn)比表面积为1032 m²·g^-1,但其孔体积下降到1.99 cm³·g^-1,且具有最多的吡啶氮和吡咯氮。在以6.0 mol·L^-1 KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^-1时,CSi-1.75-Zn的比电容为344 F·g^-1,而CSi-1.75的比电容仅为255 F·g^-1。这表明碳材料的比表面积对超级电容性能影响最大,而孔体积影响较小。电容贡献分析结果表明,相对于CSi-1.75,CSi-1.75-Zn的双电层电容和赝电容都得到了提高,这表明更大的比表面积和更多的吡啶氮和吡咯氮有利于提高碳材料的超级电容性能。     

氮掺杂介孔碳的制备及其电化学超电容性能

通过直接炭化沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIF-8）纳米多面体,成功制备了氮掺杂介孔碳（NMCs）. 采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、X射线光电子能谱（XPS）及比表面和孔隙度分析仪对其微观形貌和结构进行了表征,并对NMCs的电化学超电容性能进行了测试. 结果表明：NMCs具有规整的形貌、介孔纳米结构和较大比表面积（2737 m²·g^-1）;由于氮元素掺杂所赋予的优异的表面润湿性和赝电容性能,且介孔结构有利于电解质到达电极活性材料表面,NMCs表现出优异的电化学超电容性能,在1 A·g^-1的电流密度下,1.0 mol·L^-1H₂SO₄溶液中的比电容值为307 F·g^-1,并具有良好的功率特性;此外,在10A·g^-1的大电流密度下充放电循环5000次后,NMCs的比电容值保持率为96.9%.     

CP@NiAl-LDH复合材料的制备及其超级电容器性能

通过采用简易温和的水热条件制备导电聚合物@镍铝层状双金属氧化物复合材料（CP@NiAl-LDH）,构建电子/离子的高速传输纳米通道,利用SEM和XRD对复合材料结构形貌进行表征。电化学性能测试结果表明,导电聚合物为复合材料提供一定的赝电容,促进电荷的快速转移,使CP@NiAl-LDH的电容性能得以显著提升。PPy@LDH具有最好的电容性能,在1 A·g^-1的电流密度下,其比容量高达3 010.3 F·g^-1,当电流密度升高到20 A·g^-1时,其比电容保持率为73.1%,表现出优异的倍率性能;同时,在10 A·g^-1的电流密度下10 000次充放电循环后仍具有88.8%的比容量保持率,具有优异的循环稳定性。这主要归功于NiAl-LDH与导电聚合物之间的协同增强效应。     

纳米CuFe2O4-rGO复合材料的制备及电化学性能

采用溶剂热法成功制备了纳米CuFe₂O₄-rGO复合材料。通过X射线衍射（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和电化学工作站对样品的结构、形貌及电容特性进行表征。结果表明,CuFe₂O₄纳米粒子均匀地分散在石墨烯片层间,其中CuFe₂O₄-20% rGO复合材料具有最优的电化学性能,当电流密度1 A·g^-1时,其比电容为1 952.5 F·g^-1,当电流密度为1 A·g^-1时,CuFe₂O₄-20% rGO复合材料经1 000次充放电后的比电容保持率为86.17%。     

NiO/MnO2分级纳米片阵列复合材料的制备与超电容性能

通过化学浴沉积和水热法在泡沫镍上制备了NiO/MnO₂分级纳米片阵列复合材料,XRD和SEM测试表明NiO纳米片垂直生长在泡沫镍上,交叉形成网状阵列结构;MnO₂纳米介孔泡沫进一步生长在NiO纳米片两侧,与NiO形成了壳核式的复合结构。循环伏安和恒流充放电测试发现,NiO/MnO₂分级纳米片阵列复合材料的电化学性能相比复合前得到明显改善,在1 A·g^-1的电流密度下,比电容提高至1 297 F·g^-1;2 A·g^-1下循环1 000次,比电容保持率高达97%,比电容和循环性能的改善是由于分级纳米片阵列复合结构方便了电解液传质,扩大了活性材料与电解液的接触,促进了赝电容反应,提高了NiO和MnO₂的结构稳定性。     

木糖-软模板水热法制备硼掺杂分级多孔炭球及其电化学性能

以D-木糖为炭源,月桂酸钠为模板剂,硼酸为掺杂剂,通过水热炭化方法制得硼掺杂分级多孔炭球（BPC_S）。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、N₂吸附-脱附测试、X射线光电子能谱（XPS）、顺磁共振波谱（EPR）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、拉曼光谱（Raman）、X射线粉末衍射（XRD）、热重（TG）分析对样品进行表征。结果表明：月桂酸钠作为介孔造孔剂的同时,通过与D-木糖间的氢键作用使有机-有机自组装过程自发进行并形成窄尺寸分布（2~5 μm）规整炭球;硼酸在水热中催化炭源脱水降解,并以BC₃、BCO₂和BC₂O的形式掺杂在炭球上,掺硼后炭球与水表面接触角降低,润湿性提高。经CO₂活化、月桂酸钠高温分解以及胶质炭球的堆积分别产生微孔（0.5~1.2 nm）、介孔（3.14~35.00 nm）和大孔（60~146 nm）并形成分级结构。当硼酸加入量为0.927 5 g时多孔炭球（BPC_S-1）的电化学性能最佳,在6 mol·L^-1 KOH三电极体系中电流密度为0.5 A·g^-1时,比电容达287.12 F·g^-1;两电极体系中电流密度为0.5 A·g^-1时比电容达151.34 F·g^-1,能量密度达5.3 Wh·kg^-1;电流密度为5 A·g^-1时进行1 000次充放电循环,电容保持率仍达96.43%。     

基于导电基底的多孔银耳状氧化镍的电化学行为

采用化学沉淀法,在导电基底上原位生长多孔状氧化镍.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其结构和形貌进行了表征.采用循环伏安、恒流充放电技术和交流阻抗对其电化学性能进行了测试.结果表明,由于泡沫镍导电基底增强了电极的导电性,充分利用各组成单元的多孔特性,在电流密度为0.5 A·g^-1时,电极的比容量达到3.5 F·cm^-2 (705 F·g^-1),同时电极具有较好的倍率特性(电容保持率68.1%)和稳定的长循环寿命(3 000次循环后电极比容量增加17.6%).     

基于导电基底的多孔银耳状氧化镍的电化学行为

采用化学沉淀法, 在导电基底上原位生长多孔状氧化镍。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其结构和形貌进行了表征。采用循环伏安、恒流充放电技术和交流阻抗对其电化学性能进行了测试。结果表明, 由于泡沫镍导电基底增强了电极的导电性, 充分利用各组成单元的多孔特性, 在电流密度为0.5 A·g^-1时, 电极的比容量达到3.5 F·cm^-2 (705 F·g^-1), 同时电极具有较好的倍率特性(电容保持率68.1%)和稳定的长循环寿命(3 000次循环后电极比容量增加17.6%)。     

低氧掺杂纳米石墨片的制备及其电化学性能

采用一种新颖的物理方法——磁力研磨法制备石墨片纳米材料,该方法能够高效的将初始鳞片石墨剥离破碎至纳米级别。研究发现,制备得到的纳米石墨片(Graphite nanosheet)具有一定的含氧官能团,并且随研磨时间增加,其比表面积可增加至804 m²·g^-1。电化学性能测试结果表明,在0.1 A·g^-1的电流密度下,最大比电容量可达到266.8 F·g^-1,体现出了良好的电化学性能。     

二维Ni-Salphen基共价有机骨架的制备及电容性能

利用2,3,6,7,10,11-六氨基三苯六盐酸盐（HATP）和4,6-二羟基-5-甲基间苯二甲醛（DMDB）为构筑基元,构筑了二维Ni-Salphen基共价有机骨架（COFs）电极材料（Ni-Salphen-COF）。通过一系列方法对Ni-Salphen-COF的结构、形貌和电化学性能进行了表征和测试。三电极系统测试结果表明,Ni-Salphen-COF具有优异的电化学性能,在1 A·g^-1时,比电容达到531 F·g^-1,并显示良好的循环稳定性（10 000次循环后电容保持率为89%）。同时,二电极系统测试结果显示,在1 A·g^-1时,Ni-Salphen-COF//AC （AC为活性炭）比电容达176 F·g^-1;在功率密度为900 W·kg^-1时,最大能量密度为55 Wh·kg^-1。良好的性能可能归因于Ni-Salphen结构提高了电极材料的电导率、氧化还原活性和电荷转移能力。     

胡萝卜基多孔炭的制备及其电化学电容行为

以冷冻干燥获得的多孔胡萝卜为炭源,经过600℃氮气氛围下炭化和KOH活化,获得了多孔结构的炭材料。采用红外光谱、X-射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、循环伏安、恒流充放电和交流阻抗对多孔炭进行了微结构和电容性能研究。结果表明:通过活化处理,多孔炭的比表面积从7m²·g^-1大幅提高到147m²·g^-1。而且,活化后的多孔炭产生了414F·g^-1的最大比电容,且电流增至4A·g^-1时的电容保持率为74.5%。而未活化的多孔炭最大电容为253F·g^-1,电容保持率仅为45.1%。此外,活化后的多孔炭还具有优异的电化学稳定性。在5A·g^-1电流下循环8000圈后,其电容保持率高达94%。活化后的多孔炭在电容性能方面的极大改善与其比表面积的大幅提高及介孔的增多有密切关系。     

胡萝卜基多孔炭的制备及其电化学电容行为研究

以冷冻干燥获得的多孔胡萝卜为炭源,经过600℃氮气氛围下炭化和KOH活化,获得了多孔结构的炭材料。采用红外光谱、X-射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、循环伏安、恒流充放电和交流阻抗对多孔炭进行了微结构和电容性能研究。结果表明:通过活化处理,多孔炭的比表面积从7 m²·g^-1大幅提高到147 m²·g^-1。而且,活化后的多孔炭产生了414 F·g^-1的最大比电容,且电流增至4 A·g^-1时的电容保持率为74.5%。而未活化的多孔炭最大电容为253 F·g^-1,电容保持率仅为45.1%。此外,活化后的多孔炭还具有优异的电化学稳定性。在5 A·g^-1电流下循环8 000圈后,其电容保持率高达94%。活化后的多孔炭在电容性能方面的极大改善与其比表面积的大幅提高及介孔的增多有密切关系。     

泡沫镍负载NiMoO4/NiMoS4复合材料的制备及其电化学性能

以泡沫镍作为基底，采用水热法原位生长出具有片状结构的NiMoO₄活性材料，然后通过水热硫化制备出NiMoO₄/NiMoS₄复合材料，研究了水热时间和硫脲添加量对样品形貌和电化学性能的影响。电化学结果表明，NiMoO₄/NiMoS₄电极在电流密度为 1 A·g^-1时，比电容为 1 560.7 F·g^-1，在电流密度为 40 A·g^-1时循环 2 000次后，比电容仍为初始比电容的 76.7%。将 NiMoO₄/NiMoS₄电极材料与活性炭(AC)分别作为正、负极组装的非对称超级电容器(ASC)在 400 W·kg^-1的功率密度下可提供 29.0 Wh·kg^-1的能量密度。     

无模板剂合成用于超级电容器的二氧化锰/石墨烯复合材料

以尿素、四水合氯化锰和氧化石墨烯为原料,采用水热法并通过热分解制备了一种具有石墨烯包覆结构的石墨烯-二氧化锰复合材料,利用扫描电子显微镜、X射线衍射、比表面积（BET）、拉曼光谱和热失重等技术对其形貌、晶体结构及表面结构进行了表征;在三电极条件下利用循环伏安法、恒流充放电法和交流阻抗法测试了材料的电化学性能,并考察了不同石墨烯含量对材料比电容的影响. 结果表明,在不添加模板剂的条件下制备的复合材料中二氧化锰是具有介孔结构的α-MnO₂,当复合15%（质量分数）的石墨烯后材料的比表面积从109 m²·g^-1提高到168 m²·g^-1. 复合材料具有更好的电化学性能,在0.2 A·g^-1电流密度下复合材料的比电容达到最大值（454 F·g^-1）,远高于纯二氧化锰的值（294 F·g^-1）. 在2 A·g^-1的电流密度下恒流充放电2000 次后复合材料的比电容保持率为92%.