富氮掺杂碳空心纳米笼协同钴镍硫化物提升超级电容器性能

采用简单的热解-硫化两步法成功制备了一种新型的富氮掺杂碳空心纳米笼(NC)负载双元金属硫化物纳米颗粒(CoNi_xS_y)的复合材料CoNi_xS_y/NC。该策略以丁二酮肟镍为镍源,增加了活性位点,同时前驱体ZIF-8@Ni-ZIF-67的核壳结构为空心碳纳米笼的构建提供了可能性。这种独特的负载多金属硫化物纳米颗粒的中空结构使CoNi_xS_y/NC作为电极材料时具有更多的活性位点、更高的导电性和结构稳定性,从而使其具有较高的比容量(1 A·g^-1时比容量为629.2 F·g^-1),优异的循环稳定性(1 A·g^-1下1 000次循环测试后容量保持率为93.4%)。当将其进一步组装成对称超级电容器后,在1 A·g^-1下可提供207.2 F·g^-1的比电容,1 000圈循环稳定后的容量保持率为85.36%。     

二维层状Ti3C2Tx-MXene@VS2用于高性能锂离子电池负极

为探索一种高性能的锂离子电池负极材料,采用酸刻蚀法制备了高导电性、高稳定性的二维层状Ti₃C₂T_x,通过溶剂热法制备了具有高理论比容量的花瓣状VS₂纳米片,再经过简单的液相混合得到了二维层状Ti₃C₂T_x-MXene@VS₂复合物。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、X射线衍射和能谱分析对复合材料的形貌和结构进行了表征,采用循环伏安、恒流充放电、长循环和交流阻抗谱对复合材料的电化学性能进行了研究。结果表明：VS₂纳米片均匀地分布在Ti₃C₂T_x的层间及表面,该复合物具有高的可逆容量(电流密度为0.1A·g^-1时,比容量为610.5mAh·g^-1)、良好的倍率性能(电流密度为2A·g^-1时,比容量为197.1mAh·g^-1)和良好的循环稳定性(电流密度为0.2 A·g^-1时,循环600圈后比容量为874.9 mAh·g^-1;电流密度为2 A·g^-1时,循环1 500圈后比容量为115.9mAh·g^-1)。     

ZnCo2O4纳米颗粒组装的毛线团状的微球用于锂离子电池负极材料

通过液相共沉淀法获得Zn和Co的前驱,经过600℃煅烧处理获得ZnCo₂O₄纳米颗粒组装的毛线团状的微球。电化学测试表明,在0.5 A·g^-1的电流密度下循环200次可逆比容量保持为965 mAh·g^-1;在0.8 A·g^-1的电流密度下循环350次可逆比容量保持为882 mAh·g^-1。倍率性能测试表明在2 A·g^-1的电流密度时可逆比容量为736 mAh·g^-1。     

ZnCo2O4纳米颗粒组装的毛线团状的微球用于锂离子电池负极材料

通过液相共沉淀法获得Zn和Co的前驱,经过600℃煅烧处理获得ZnCo₂O₄纳米颗粒组装的毛线团状的微球。电化学测试表明,在0.5 A·g^-1的电流密度下循环200次可逆比容量保持为965 mAh·g^-1;在0.8 A·g^-1的电流密度下循环350次可逆比容量保持为882 mAh·g^-1。倍率性能测试表明在2 A·g^-1的电流密度时可逆比容量为736 mAh·g^-1。     

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。     

Mo掺杂NiMnSe2的制备及其超级电容器性能

成分和结构是影响多元过渡金属硒化物电化学活性的关键因素。适当掺杂其他金属元素可以有效提高电极材料的电化学性能。通过简单的一步水热法,在泡沫镍上制备出了一种无黏结剂的Mo掺杂NiMnSe₂(记作Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂)。Mo的少量掺杂为电极材料提供了丰富的反应活性位点,大大提高了NiMnSe₂的电化学性能。在1 A·g^-1时,Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂的比容量达到1 404.0 F·g^-1。掺杂Mo显著降低了NiMnSe₂的电荷转移电阻和扩散电阻。组装的混合超级电容器Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂//AC (活性炭)比容量达到81.6 F·g^-1,且倍率性能优异。在2 A·g^-1下连续充放电10 000周,容量保持率为95.8%,表现出超高的循环稳定性。混合超级电容器Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂//AC在376.6 W·kg^-1的功率密度下,能量密度达25.5 Wh·kg^-1,高于NiMnSe₂//AC (17.3 Wh·kg^-1)。     

双金属离子调控型镍钴氧化物纳米片用于非对称超级电容器

通过水热-煅烧两步法制备了系列镍钴氧化物(NCO)纳米片。通过改变前驱体溶液中的镍、钴离子物质的量之比，进而调控NCO纳米片中的过渡金属离子比例。NCO纳米片的晶相、形貌和结构利用X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱表征。此外，对NCO纳米片的电化学性能进行测试。结果表明，NCO-2(Ni_1.95Co₁O_x)纳米片在0.5 A·g^-1电流密度下，比电容为1 096.88 F·g^-1，且经过5 000次循环后具有78.26%的循环稳定性。以NCO-2为正极、活性碳为负极构成的非对称超级电容器，在功率密度为576 W·kg^-1时，能量密度为57.70 Wh·kg^-1。     

双金属离子调控型镍钴氧化物纳米片用于非对称超级电容器

通过水热-煅烧两步法制备了系列镍钴氧化物（NCO）纳米片。通过改变前驱体溶液中的镍、钴离子物质的量之比,进而调控NCO纳米片中的过渡金属离子比例。NCO纳米片的晶相、形貌和结构利用X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱表征。此外,对NCO纳米片的电化学性能进行测试。结果表明,NCO-2（Ni_1.95Co₁O_x）纳米片在0.5 A·g^-1电流密度下,比电容为1 096.88 F·g^-1,且经过5 000次循环后具有78.26%的循环稳定性。以NCO-2为正极、活性碳为负极构成的非对称超级电容器,在功率密度为576 W·kg^-1时,能量密度为57.70 Wh·kg^-1。     

Mo掺杂NiMnSe2的制备及其超级电容器性能

成分和结构是影响多元过渡金属硒化物电化学活性的关键因素。适当掺杂其他金属元素可以有效提高电极材料的电化学性能。通过简单的一步水热法,在泡沫镍上制备出了一种无黏结剂的Mo掺杂NiMnSe₂(记作Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂)。Mo的少量掺杂为电极材料提供了丰富的反应活性位点,大大提高了NiMnSe₂的电化学性能。在1 A·g^-1时,Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂的比容量达到1 404.0 F·g^-1。掺杂Mo显著降低了NiMnSe₂的电荷转移电阻和扩散电阻。组装的混合超级电容器Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂//AC (活性炭)比容量达到81.6 F·g^-1,且倍率性能优异。在2 A·g^-1下连续充放电10 000周,容量保持率为95.8%,表现出超高的循环稳定性。混合超级电容器Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂//AC在376.6 W·kg^-1的功率密度下,能量密度达25.5 Wh·kg^-1,高于NiMnSe₂//AC (17.3 Wh·kg^-1)。     

零维/二维MXene复合膜的制备及其超级电容器性能

采用水热法制备了0D/2D复合Ti₃C₂T_x MXene,利用X射线衍射、动态光散射和荧光光谱表征了其结构与形貌,结果表明形成了量子点吸附于纳米片的Ti₃C₂T_x复合结构（QDT）。相比未引入量子点的Ti₃C₂T_x,由QDT组装得到的自支撑膜电极的电化学性能有了显著提高：在三电极体系中,扫速为5 mV·s^-1时,比电容为338 F·g^-1,当扫速达到2 000 mV·s^-1,电容保持率达到46%;在两电极体系中,0.5 A·g^-1时的比电容达到216 F·g^-1,10 000次循环后电容保持率为87%。以上性能可归结于：量子点提供了更多的离子吸附位点,且纳米片尺寸减小,缩短了离子传输路径。     

GO/ZIF-67模板制备rGO/NiCo2S4及高性能不对称超级电容器

以氧化石墨烯(GO)为基底,在GO表面原位生长ZIF-67并作为模板,经硝酸镍刻蚀、碳化、水热硫化制得rGO/NiCo_2S_4复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)表征复合材料的结构与形貌。随后将rGO/NiCo_2S_4复合材料制成正极材料,测试其电化学性能,测试结果显示:rGO/NiCo_2S_4-1.5 h电极材料在1 A·g~(-1)的电流密度下,其比电容值高达1 577 F·g~(-1),当电流密度达到10 A·g~(-1)时,倍率性能为86.4%,在10 A·g~(-1)的电流密度下循环2 000次后,电容保持率为76.9%。另外,在6 mol·L-1KOH电解液中,由AC//rGO/NiCo_2S_4-1.5 h组成的不对称电容器在功率密度为723 W·kg~(-1)时,能量密度为33 Wh·kg~(-1);在高功率密度为7 277 W·kg~(-1)时,能量密度仍保持为23 Wh·kg~(-1)。     

纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合材料用于高性能超级电容器

以高浓度氧化石墨烯(GO)溶液作为反应前驱体,纳米纤维素(NC)作为物理间隔物和电解液储存器,通过简单的一步水热法制备了纳米纤维素/还原氧化石墨烯(NC/rGO)复合材料,并探究了其作为超级电容器电极材料的潜力。结果如下：NC添加量为1 mL所制备的NC/rGO-1具有最佳电化学性能。基于NC/rGO-1的无黏合剂对称型超级电容器在0.3 A·g^-1的电流密度下显示出了269.33 F·g^-1和350.13 F·cm^-3的高质量和体积比电容,并在10.0 A·g^-1时仍能达到215.88 F·g^-1和280.62 F·cm^-3(其初始值的80.15%)。组装器件还显示出了较高的质量和体积能量密度(9.3 Wh·kg^-1和12.13 Wh·L^-1)和出色的循环性能(10 A·g^-1下10 000次循环后其初始比电容仅减少6.02%)。     

不同Ni含量NiCoAl LDH的制备及CNT/Ni0.3CoAl LDH材料的电化学性能

利用水热法一步合成了不同镍、钴元素比例的镍钴铝层状氢氧化物(NiCoAl LDH),并探究了不同Ni元素含量的NiCoAl LDH的电化学性能,在Ni和Co的物质的量之比为3:7时,Ni_(0.3)CoAl LDH具有最优电化学性能。晶格中部分Ni元素被Co元素代替有利于降低氧化电势,提高材料的化学可逆性。然后通过水热法将CNT与Ni_(0.3)CoAl LDH复合,CNT的复合提高了材料的导电性。CNT/Ni_(0.3)CoAl LDH在1 A·g~(-1)的电流密度下比容量为1 332 F·g~(-1),电流密度为10 A·g~(-1)时比容量保持率为60.4%。在5A·g~(-1)的电流密度下循环3 000圈容量保持率为87.6%。     

纳米多孔双金属氧化物NiCo2O4的制备及其电化学性能

采用快速凝固与脱合金化相结合的方法制备纳米多孔Ni、Ni-Co合金,分别经腐蚀与退火获得纳米多孔NiO、NiCo_2O_4,采用XRD、SEM、TEM、N_2吸附-脱附等对多孔NiO、NiCo_2O_4电极的物相、形貌结构、孔径分布进行表征,并通过循环伏安、恒电流充放电等方法测试多孔电极的电化学性能。结果表明,得到的纳米多孔NiO具有均匀的"泥裂"式结构,在1A·g~(-1)电流密度下比电容为375 F·g~(-1),当电流密度增加至20 A·g~(-1)时的比容保持率为67.5%,在4 A·g~(-1)电流密度下循环充放电1 000次,比容保持率为81.7%;NiCo_2O_4形成典型的开放式纳米多孔双连续结构,其在1A·g~(-1)电流密度下比电容为674 F·g~(-1),当电流密度增加至20 A·g~(-1),比容保持率达72.0%;在4 A·g~(-1)电流密度下循环充放电1 000次,比容保持率达92.9%,双连续纳米多孔结构及其提供的机械稳定性,使得NiCo_2O_4表现出更为优异的超电容性能。     

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2 000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。     

ZIFs骨架型双壳层纳米笼状CoS/NiCo2S4的制备及其电化学性能

采用离子刻蚀和化学气相沉积法制备出具有沸石咪唑酯骨架(ZIFs)型双壳层纳米笼状的CoS/NiCo_2S_4并组装成超级电容器。该结构有较大的比表面积(98 m2·g-1),合适的孔道(孔径4 nm),且保留了ZIFs骨架构型。作为电极活性材料时,具有良好的结构稳定性和电化学活性,有利于增强所组装的超级电容器的循环稳定性和比容量。在三电极体系中,在1 A·g-1的电流密度下,容量为1 230 F·g-1;在3 A·g-1电流密度下循环9 000圈后,初始电容保持率为76.6%。在以该电极、活性炭电极与KOH/聚乙烯醇(PVA)凝胶态电解质组装的器件中,当功率密度为702 W·kg-1时,能量密度达31.6 Wh·kg-1;在7 056 W·kg-1的高功率密度下,仍保持16.5 Wh·kg-1的能量密度。