Mn_3O_4/氧化石墨烯纳米复合物的制备及其超级电容性能

利用锰前驱体与氧化石墨烯(GO)原位反应制备了Mn3O4/GO纳米复合物超级电容器电极材料;采用扫描电镜、透射电镜及X射线衍射仪分析了纳米复合物的形貌和结构;并利用交流阻抗分析及充放电测试测定了纳米复合材料的电化学性质和电容性质.结果表明,引入氧化石墨烯可增强纳米复合物的导电性及稳定性,提高Mn3O4的电容特性,从而使得纳米复合物具有较高的比电容(350F/g)和较长的循环寿命(超过1 000次).     

交联多孔结构的Mn2 掺杂聚苯胺/石墨烯复合材料的制备及超级电容特性

采用简单的原位氧化聚合法成功制备了Mn₂ 掺杂聚苯胺/石墨烯(Mn₂ -PANI/rGO)复合物电极材料,利用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(FESEM)和电化学测试等手段对其结构、形貌和电化学电容性能进行了分析研究。结果表明,纳米棒状的锰离子掺杂态聚苯胺均匀分散在褶皱的石墨烯中,形成交联状的多孔结构;Mn₂ -PANI/rGO复合物具有高的比电容和优良的循环稳定性,当电流密度为2A/g时,电极的放电比容量高达952 F/g, 循环1000 次后初始比电容的保持率为86.2%,这表明过渡金属和石墨烯的加入增强了其电化学性能,高的比电容和好的速率使其复合物有望在超级电容器中有广泛的应用前景。     

磺化石墨烯/活性炭复合电极的制备及其不对称电容器脱盐

在还原剂NaBH₄存在下, 采用对氨基苯磺酸重氮盐与氧化石墨(GO)表面共价键合制备磺化石墨烯(GP-SO₃H). 傅里叶变换红外光谱(FTIR)证明磺酸基团在石墨烯表面接枝. 采用扫描电子显微镜(SEM)研究了磺化石墨烯的表面形貌. 以磺化石墨烯为添加剂, 制备了磺化石墨烯/活性炭(GP-SO₃H/AC)复合电极. 循环伏安及阻抗分析结果表明, 该复合电极的电容特性及导电性有明显改善. 以活性炭电极为对电极组装了不对称电容器(GP-SO₃H/AC|AC), 研究了该不对称电容器的电化学脱盐性能. 与对称电容器(AC|AC)相比, 不对称电容器中由于电极内磺酸基团对反离子的屏蔽作用, 电容器的电流效率达到89.4%以上, 脱盐量提高2.4倍, 单个循环脱盐量达到10.87 mg/g.     

氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料的制备及其电化学性能

采用水热法制备了氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料及作为比较的三维石墨烯、氢氧化镍纳米线、还原氧化石墨烯和氢氧化镍纳米线/还原氧化石墨烯, 通过X射线衍射、扫描电镜、热失重分析和氮气吸脱附表征了材料的形貌、结构和组成, 并采用循环伏安法和恒电流充放电测试了复合材料的电化学性能. 结果表明: 氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料中直径为20-30 nm的氢氧化镍纳米线和三维结构的石墨烯紧密结合, 相互交联形成网状结构, 其比表面积达到136 m²·g^-1, 孔径分布20-50 nm, 氢氧化镍纳米线的含量达到88% (w,质量分数). 在6 mol·L^-1的KOH电解液中, 复合材料的比电容在1 A·g^-1电流密度下达到1664 F·g^-1, 在1 A·g^-1电流密度下循环3000 次后的比电容保持率为93%. 将复合材料的比电容和循环性能与氢氧化镍纳米线、氢氧化镍纳米线/还原氧化石墨烯、三维石墨烯和还原氧化石墨烯的性能进行比较, 发现三维石墨烯较还原氧化石墨烯具有更高的比表面积和三维多孔结构, 可以更大地提高活性物质的利用率, 进而提高复合材料的比电容和稳定性.     

WO_3纳米棒/石墨烯复合材料的制备及电化学储锂性能

以氯化钨和氧化石墨烯(GO)为原料,乙醇为溶剂,一步合成了WO3纳米棒/石墨烯纳米复合材料(WO3/RGO).将WO3/RGO纳米复合材料用于锂离子电池负极,并通过充放电测试、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)技术综合考察了该材料的储锂性能.结果显示,在0.1C(1C=638 mA?g-1)倍率下,复合物的首次放电比容量达到761.4 mAh?g-1,100次循环后可逆容量仍保持在635 mAh?g-1,保持率为83.4%.即使在5C倍率下容量仍高达460 mAh?g-1.由此说明,WO3/RGO纳米复合物具有优异的循环稳定性及倍率性能,可望用于高性能锂离子电池.     

交联多孔结构Mn~(2+)掺杂聚苯胺/石墨烯复合材料的制备及超级电容特性

采用简单的原位氧化聚合法成功制备了Mn2+掺杂聚苯胺/还原氧化石墨烯(Mn2+-PANI/r GO)复合物电极材料,利用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、扫描电镜和电化学测试等手段对其结构、形貌和电化学电容性能进行了分析研究。结果表明,纳米棒状的锰离子掺杂态聚苯胺均匀分散在褶皱的石墨烯中,形成交联状的多孔结构。当电流密度为2A/g时,电极的放电比容量高达952 F/g,循环1000次后初始比电容的保持率为86.2%。过渡金属和石墨烯的加入提高了电极材料的电化学性能,高的比电容和优良的循环稳定性使Mn2+-PANI/r GO复合物在超级电容器中有很好的应用前景。     

废旧锂离子电池基石墨烯/聚苯胺复合材料制备及其电化学性能研究

以废旧手机锂离子电池回收的负极石墨粉制备的氧化石墨烯(GO)和苯胺单体为原料,利用GO活化H_2O_2产生的·OH为氧化剂,采用原位复合法制备了不同质量比的石墨烯/聚苯胺复合材料,通过FTIR、XRD和SEM对其进行了表征,并利用循环伏安、交流阻抗、恒电流充放电等对其电化学性能进行测试。结果表明,该类石墨烯/聚苯胺复合材料具有良好的电化学性能,当电流密度为100mA/g时,质量比为1∶10制备的石墨烯/聚苯胺复合材料(rGO/PANI-10)的比电容达到481F/g,较石墨烯比容量(161F/g)提高了199%,较聚苯胺比容量(351F/g)提高了37%;在500mA/g电流密度下,rGO/PANI-10充放电循环1000圈后,电容保持率为77%,表现出较好的循环稳定性。     

石墨烯/硫酸铅复合材料的制备及其在铅酸电池中的电化学性能

利用简单的浸渍法制备了石墨烯/硫酸铅复合材料,使得硫酸铅可以直接用作铅酸电池负极材料。该复合材料分别以100 mA.g-1、200 mA.g-1和300 mA.g-1电流密度放电时,平均放电比容量分别可达到110、94和69 mAh.g-1,而硫酸铅仅为49、5和0.5 mAh.g-1,显示出复合材料在高倍率充放电下更好的比容量和再接受充电能力。循环伏安测试表明石墨烯的电容效应随扫描速率增大而增强,同时析氢也变得严重,使得复合材料在充放电过程中充电效率比纯硫酸铅低20%。在充放电过程中,石墨烯能够提高硫酸铅1倍以上的放电容量,并将充电电压提高0.1 V。XRD和SEM结果显示硫酸铅均匀分布在石墨烯片层上,没有出现团聚现象。     

Fe3O4/N-rGO复合材料的制备及其电化学电容性能

通过简单的一步水热法成功制备了Fe_3O_4/氮掺杂还原石墨烯(Fe_3O_4/N-r GO)复合物电极材料。采用X-射线衍射、X-射线光电子能谱、扫描电镜和透射电镜等手段对其结构和形貌进行了表征,用循环伏安法、交流阻抗和恒电流充放电等方法研究了所制备材料的电化学性能。结果表明,Fe_3O_4/N-rGO具有更高的比电容和更好的循环稳定性,在0.5A/g的电流密度下,其比电容高达291.7F/g,远高于纯的Fe_3O_4和纯的NrGO的比电容。这是由于小粒径Fe_3O_4的加入大大降低了石墨烯的团聚,两者间的协同作用使复合物的比电容得到了提高。     

石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能

以苯胺和氧化石墨烯(GO)为原料, 采用电化学方法制备了石墨烯/聚苯胺(GP)复合材料. 利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱、X射线光电子能谱分析(XPS)对其结构、微观形貌进行了表征,并对复合材料电化学性能进行了测试. 结果表明, 复合材料保持了石墨烯的基本形貌, 聚苯胺颗粒均匀地分散在石墨烯表面, 复合材料在500 mA·g^-1的电流密度下比电容达到352 F·g^-1, 1000 mA·g^-1下比电容为315 F·g^-1, 经过1000 次的充放电循环后容量保持率达到90%, 远大于石墨烯和聚苯胺单体的比电容. 复合材料放电效率高, 电解质离子易于在电极中扩散和迁移.     

功能化石墨烯/活性炭复合电极及不对称电容器脱盐

以3-氨丙基三乙氧基硅烷(AMPTS)修饰氧化石墨(GO)还原合成氨基功能化石墨烯(GP-NH2).傅里叶变换红外(FTIR)光谱和X射线能谱(EDX)分析证明了氨基基团的成功接枝.以GP-NH2为添加剂,制备胺化石墨烯/活性炭(GP-NH2/AC)复合电极,并以GP-NH2/AC为正极,AC电极为对电极,组装不对称电容器(AC||GPNH2/AC)用于电容脱盐.实验表明,AC||GP-NH2/AC单循环脱盐量为7.63 mg·g-1,电流效率达77.6%.利用磺酸重氮盐接枝石墨烯制备磺化石墨烯(GP-SO3H)及磺化石墨烯/活性炭(GP-SO3H/AC)复合电极.并以GPSO3H/AC为负极,GP-NH2/AC为正极,组装不对称电容器(GP-SO3H/AC||GP-NH2/AC)用于电容脱盐,其平均脱盐速率可达0.99 mg·g-1·min-1,比纯AC电极提高了接近5倍.充放电速率提高了30%;而且由于正、负极表面固有电荷的存在,大大降低了反离子效应,电流效率由40%(纯AC||AC对称电容器)提高到92.8%.表明电极内功能化导电石墨烯的存在既提高了导电性,又兼具离子选择性的作用,从而明显改善电极的脱盐性能.     

Poly(diallydimethylammonium chloride) Functionalized Graphene/Double‐walled Carbon Nanotube Composite for Amperometric Determination of Nitrite

Poly(diallydimethylammonium chloride) functionalized graphene/double‐walled carbon nanotube composite (PDDA‐GN/DWCNT) was synthesized by a facile microwave‐assisted reduction reaction. PDDA‐GN/DWCNT exhibits enhanced electrocatalytic activity towards nitrite oxidation. The direct electrooxidation behaviors of nitrite on PDDA‐GN/DWCNT were investigated by cyclic voltammetry, amperometric i‐t curve, and rotating disk electrode experiments. Under the optimum conditions, PDDA‐GN/DWCNT was applied to the quantitative analysis of nitrite with a wide linear range covering 0.07–3000 µM and a low detection limit of 0.03 µM (S/N=3). Moreover, PDDA‐GN/DWCNT exhibits satisfied results in the determination of nitrite that released from breast cancer cells.     

碳纳米管/活性炭复合微球的制备及其对VB12的吸附应用

采用反相乳液法制备碳纳米管/壳聚糖复合微球(CNTs/CTS), 并对其进一步炭化、活化制得碳纳米管/活性炭复合微球(CNTs/AC). 以此复合微球为吸附材料, 探索了其对中分子代表物质VB12的吸附. 研究结果表明, 碳纳米管含量70%(w)的复合微球经水蒸气适当活化后球形度好、吸附性能优异, 其对VB12的吸附量达23.59 mg·g-1, 分别是活性炭和大孔吸附树脂的5.4和2.7倍. 分析表明这是由于碳纳米管/活性炭复合微球具有发达的中孔结构.     

功能化石墨烯/活性炭复合电极及不对称电容器脱盐

以3-氨丙基三乙氧基硅烷(AMPTS)修饰氧化石墨(GO)还原合成氨基功能化石墨烯(GP-NH₂). 傅里叶变换红外(FTIR)光谱和X射线能谱(EDX)分析证明了氨基基团的成功接枝. 以GP-NH₂为添加剂, 制备胺化石墨烯/活性炭(GP-NH₂/AC)复合电极, 并以GP-NH₂/AC 为正极, AC电极为对电极, 组装不对称电容器(AC||GPNH₂/AC)用于电容脱盐. 实验表明, AC||GP-NH₂/AC 单循环脱盐量为7.63 mg·g^-1, 电流效率达77.6%. 利用磺酸重氮盐接枝石墨烯制备磺化石墨烯(GP-SO₃H)及磺化石墨烯/活性炭(GP-SO₃H/AC)复合电极. 并以GPSO₃H/AC为负极, GP-NH₂/AC 为正极, 组装不对称电容器(GP-SO₃H /AC||GP-NH₂/AC)用于电容脱盐, 其平均脱盐速率可达0.99 mg·g^-1·min^-1, 比纯AC电极提高了接近5倍. 充放电速率提高了30%; 而且由于正、负极表面固有电荷的存在, 大大降低了反离子效应, 电流效率由40% (纯AC||AC对称电容器)提高到92.8%. 表明电极内功能化导电石墨烯的存在既提高了导电性, 又兼具离子选择性的作用, 从而明显改善电极的脱盐性能.     

掺氮石墨烯-铜基催化剂的制备及催化性能

采用水热法合成掺氮石墨烯(N/GN),通过超声辅助等体积浸渍法制备掺氮石墨烯-铜基催化剂(Cu-N/GN)。通过XRD、SEM、TEM、N2吸附脱附、XPS和XAES对催化剂的微观结构、形貌及元素组成进行表征,并考察Cu-N/GN对乙炔氢氯化反应的催化性能。结果表明:在催化剂中铜颗粒尺寸较小、均匀分布于N/GN片层上,且铜含量较低(3.6%);Cu-N/GN对乙炔氢氯化反应的催化效果良好,乙炔转化率为68%,氯乙烯选择性为99%。     

活性炭/有机质复合相变材料的热-电性能

用活性炭(AC)作为支撑材料,石蜡(PW)、十六酸(PA)和硬脂酸(SA)作为相变主材,通过熔融共混法制备AC/PW、AC/PA和AC/SA复合相变材料,并考察了其热-电性能。结果表明,添加活性炭时有机质均不会泄漏;复合材料充-放热过程中温度场分布都比较均匀,热循环会使材料导热性能略有下降;此外,三种复合材料的电阻率均随压力增加而减小。     

Activated carbon/graphene composites with high-rate performance as electrode materials for electrochemical capacitors

Glucose-derived activated carbon (GAC)/reduced graphene oxide (RGO) composites are prepared by pre-carbonization of the precursors (aqueous mixture of glucose and graphene oxide) and KOH activation of the pyrolysis products. The effect of the mass ratio of graphene oxide (GO) in the precursor on the electrochemical performance of GAC/RGO composites as electrode materials for electrochemical capacitors is investigated. It is found that the thermally reduced graphene oxide sheets serves as a wrinkled carrier to support the activated carbon particles after activation. The pore size distribution and surface area are depended on the mass ratio of GO. Besides, the rate capability of GAC is improved by the introduction of GO in the precursor. The highest specific capacitance of 334 F g^?1 is achieved for the GAC/RGO composite prepared from the precursor with a GO mass ratio of 3 %.     

Thiourea aldehyde resin-based carbon/graphene composites for high-performance supercapacitors

Thiourea aldehyde resin-based heteroatom doping carbon and graphene composites (RHDC/GN) were prepared by an in situ polymerization and carbonization. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) images showed that thiourea aldehyde resin deposited on lamellar GO flakes during the polymerization and RHDC/GN composites had a hierarchical structure. The specific capacitance of the RHDC/GN composites was high up to 355 F g^?1, much higher than that of the pure thiourea aldehyde resin-based heteroatom doping carbon (RHDC) with specific capacitance of 135 F g^?1 at a current density of 1.0 A g^?1 in 6-M KOH electrolyte. And the hetroatoms in RHDC/GN composites increase the specific capacitance, and GN enhances the conductivity of the electrodes which is beneficial to improving electrochemical cycling stability of the electrode significantly. The specific capacitance retains 90.97% after 5000 charge-discharge processes at 10 A g^?1, which provides potential as supercapacitors.     

Microstructure and anti‐ wear and corrosion performances of novel UHMWPE/graphene‐nanosheet composite coatings deposited by flame spraying

Ultra‐high molecular weight polyethylene (UHMWPE)/graphene‐nanosheet (GN, multiple layers of graphene sheets with the thickness of ~5–10 nm) coatings have been deposited by flame spraying. The structure of UHMWPE remained almost intact after the spray processing and addition of GNs resulted in a slightly decreased crystallinity and improved thermal stability of UHMWPE. In addition, the coating containing 1.0 wt.% GNs exhibited a reduction of ~20% in wear rate and 25% in friction coefficient (0.18 versus 0.24). Significantly enhanced anti‐corrosion performances of the UHMWPE–GN coatings were suggested by increased corrosion potential, corrosion current density, and impedance modulus value of the UHMWPE–GN coatings. The very well retained GNs are located mainly at the interfaces between UHMWPE splats and act as bridges connecting the splats, which mainly accounts for the enhanced properties of the composite coatings. The novel UHMWPE–graphene composite coatings show great potential for protecting engineering components for applications against corrosion. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.