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。     

一种基于二维钴基配位聚合物[KCo(pa)(OH)]n的高容量超级电容器电极材料

采用溶剂热反应合成了一种二维钴基配位聚合物[KCo(pa)(OH)]_n(Co-pa,H₂pa=邻苯二甲酸),并对其进行了红外光谱、热重分析、粉末X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜和氮气吸附-脱附等温线表征。当Co-pa作为超级电容器电极材料时,Co-pa电极展示了较高的放电比容量、较好的循环稳定性和倍率性能。在1和10 A·g^-1电流密度下,其比电容分别为910和400F·g^-1。在2 A·g^-1下循环2 000次后,其电容保持率为81.2%。较好的赝电容性能与Co-pa的小尺寸纳米棒形貌、Co-pa包含的钴离子、邻苯二甲酸根阴离子及层状结构有关。     

一种基于二维钴基配位聚合物[KCo(pa)(OH)]n的高容量超级电容器电极材料

采用溶剂热反应合成了一种二维钴基配位聚合物[KCo (pa)(OH)]_n(Co-pa,H₂pa=邻苯二甲酸),并对其进行了红外光谱、热重分析、粉末X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜和氮气吸附-脱附等温线表征。当Co-pa作为超级电容器电极材料时,Co-pa电极展示了较高的放电比容量、较好的循环稳定性和倍率性能。在1和10 A·g^-1电流密度下,其比电容分别为910和400F·g^-1。在2 A·g^-1下循环2 000次后,其电容保持率为81.2%。较好的赝电容性能与Co-pa的小尺寸纳米棒形貌、Co-pa包含的钴离子、邻苯二甲酸根阴离子及层状结构有关。     

同构MOFs复合氧化石墨烯电极材料构筑高性能超级电容器

在水热条件下一步自组装合成系列同构X-MOF （X₆O （TATB）₄（H⁺）₂·（H₂O）₈·（DMF）₂,X=Zn、Co、Ni; H₃TATB=4,4'',4″-s-triazine-2,4,6-triyl-tribenzoic acid; DMF=N,N-二甲基甲酰胺）和氧化石墨烯（GO）的复合材料（X-MOF@GO）,并探究其作为超级电容器电极材料的电化学性能。通过X射线粉末衍射、X射线光电子能谱和扫描电子显微镜测试证明GO和MOFs复合成功。其中,性能最优的Ni-MOFs@1.5GO （GO的添加量为1.5 mL）的比电容高达694.8 F·g^-1（0.5 A·g^-1）,约是Ni-MOF的2倍。电化学测试结果表明：复合材料X-MOF@1.0GO较其原MOF表现出更大的比电容和更好的倍率性能。在3.5 A·g^-1的电流密度下,1 000次循环充放电后,Ni-MOFs@1.0GO仍保持初始比电容量的81.2%。与活性炭（AC）组装的非对称超级电容器Ni-MOF@1.5GO//AC的性能最优,其功率密度为754.3 W·kg^-1时,能量密度为15.4 Wh·kg^-1,且循环3 000次后比电容保持率约为70.0%,显示出较长的循环寿命。     

一种作为锂离子电池负极材料的不含溶剂分子的镉配位聚合物

为了开发高能量密度的锂离子电池(LIB),作为LIB电极材料的配位聚合物,已经受到了研究人员的关注。利用CdCl₂、咪唑(Im)和四氟对苯二甲酸(H₂tfbdc)作用合成了一维配位聚合物[Cd (tfbdc)(Im)₄](Cd-TBI),并利用X射线单晶衍射、红外光谱、元素分析和热重实验对Cd-TBI进行了表征。首次考察了它作为LIB负极材料的电化学性能。在电流密度50 mA·g^-1下循环50次后,Cd-TBI电极提供了154 mAh·g^-1的放电比容量,其容量保持率和库仑效率分别为95.7%和99.2%,展示了优良的循环稳定性。在电流密度1 A·g^-1时,Cd-TBI电极仍保持97 mAh·g^-1的可逆比容量。     

惰性盐辅助合成介孔石墨化碳片及其电容性能

以惰性盐KCl为模板、硝酸镍为金属催化剂镍源、葡萄糖为碳源,通过碳化处理制备了介孔石墨化碳片。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射仪和比表面测试仪对介孔石墨化碳片进行了表征。探讨了碳片形成的机理,采用三电极测试体系研究了介孔石墨化碳片电极材料的电化学性能。结果表明,10gKCl制备的碳片比表面积最大（989m²·g^-1）,在6mol·L^-1KOH电解液中,当电流密度为0.5A·g^-1时,比电容达到180F·g^-1;当电流密度达到10A·g^-1时,比电容维持在148F·g^-1,显示了电极具有较好的倍率性能;在10A·g^-1条件下,2000次循环充放电测试后电容没有发生衰减,展示了在超级电容器方面的应用潜力。     

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。     

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。     

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。     

二维配位聚合物衍生的氮掺杂碳/氧化锌纳米复合材料作为高性能的锂离子电池负极材料

通过一步煅烧二维锌基配位聚合物[Zn(tfbdc)(4,4′-bpy)(H_2O)_2](H_2tfbdc=四氟对苯二甲酸;4,4′-bpy=4,4′-联吡啶),制备了氮掺杂碳/氧化锌复合纳米粒子(ZnO-N-C)。作为锂离子电池的负极材料,ZnO-N-C电极具有高的可逆容量,优异的循环稳定性和较好的倍率性能。在50 mA·g~(-1)的电流密度下,50次循环后ZnO-N-C电极仍有611 mAh·g~(-1)的可逆容量。     

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1 A·g-1下比电容最高可达到255 F·g-1,比纯CNCs的188 F·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100 A·g-1的大电流密度下,硝酸氧化后CNCs的比电容保持在111~167 F·g-1,表明具有良好的耐大电流充放电性能。在10 A·g-1的电流密度下循环10 000圈后,CNC-6M样品的比电容由196 F·g-1下降到176 F·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。     

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%).     

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。     

高性能NiCoP基超级电容器电化学性能

采用水热和低温磷化反应两步法,在无添加沉淀剂条件下成功在泡沫镍上合成纳米花状镍钴磷化物(NiCoP/NF)。研究结果表明,镍/钴元素物质的量之比为1∶1时,在1 A·g~(-1)电流密度下,Ni_(1/2)Co_(1/2)P/NF的比容量高达1 276.36 F·g~(-1),在10 A·g~(-1)电流密度下充放电循环3 000次后,比容量保持率为78.23%。此外,以Ni_(1/2)Co_(1/2)P/NF为正极,活性炭(AC)为负极组装的非对称超级电容器(Ni_(1/2)Co_(1/2)P/NF//AC/NF)在725 W·kg~(-1)的功率密度下,能量密度高达36.25 Wh·kg~(-1)。     

惰性盐辅助合成介孔石墨化碳片及其电容性能

以惰性盐KCl为模板、硝酸镍为金属催化剂镍源、葡萄糖为碳源,通过碳化处理制备了介孔石墨化碳片。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射仪和比表面测试仪对介孔石墨化碳片进行了表征。探讨了碳片形成的机理,采用三电极测试体系研究了介孔石墨化碳片电极材料的电化学性能。结果表明,10 g KCl制备的碳片比表面积最大(989 m2·g-1),在6 mol·L-1KOH电解液中,当电流密度为0.5 A·g-1时,比电容达到180 F·g-1;当电流密度达到10 A·g-1时,比电容维持在148 F·g-1,显示了电极具有较好的倍率性能;在10 A·g-1条件下,2 000次循环充放电测试后电容没有发生衰减,展示了在超级电容器方面的应用潜力。