超级电容器用无定形水合二氧化钌材料及Nafion作粘接剂的电极制备研究(英文)

本文采用改性的中和反应和随后的热处理方法制备了较大产量的超级电容器用无定形水合二氧化钌材料(RuO2·0.93H2O),同时,制作了电极进行了电化学性能表征。实验中,以自制的喷雾装置和十二烷基磺酸钠(SDS)分别作为反应辅助技术和表面分散剂,经175℃处理前驱体后,获得了比表面积为223m2/g、蓬松状、深黑色无定形水合二氧化钌材料。研究了以Nafion为粘结剂和以碳纤维纸为集流体所制备电极的电化学性能。循环伏安实验(CV)结果表明,该合成材料具有较好的比电容(988F/g at 1mV/s)和倍率特性;电化学交流阻抗(EIS)实验进一步证明了该材料具有较低的等效串联内阻(~30mΩ)和频率响应特性。合成材料有望在国防及民用领域超级电容器中得到规模化应用。     

氧化钌/活性炭超电容器复合电极的电化学行为

电化学超电容器作为一种新一代储能系统具有广泛的应用领域. 直流充放电、循环伏安以及交流阻抗等实验显示了本文制备的活性碳材料以及复合电极材料具有良好的电化学性能.活性碳材料的质量比容量为172 F•g－1,采用无定形RuO2与上述活性碳复合制成的新型电极材料具有359 F•g－1以上的比容量和良好的功率特性，并对上述材料的双电层电容和法拉第准电容等电化学特性进行了详细的讨论.     

RuO2·χH2O/MWNTs纳米复合物的超级电容特性研究

本文采用超声波技术合成了水合氧化钉/多壁碳纳米管纳米复合材料(Ru-MWNTs)前驱物,在150℃下热处理15 h后得到Ru-MWNTs.采用XRD及TEM对纳米复合材料进行表征,结果表明,水合氧化钌以无定型态比较均匀地沉积在MWNTs上.在1.0 mol·L-1H2SO4电解液中对Ru-MWNTs复合电极进行了电化学测试,循环伏安结果表明纳米复合物具有良好的电容性能,其比容量为100 F·g-1,是MWNTs的6倍(MWNTs的比容量为15.5 F·g-1);本文还采用交流阻抗方法来分析频率与电容的关系,比较分析了MWNTs和复合材料的孔结构,表明在MWNTs中复合少量的水合氧化钌可以提高电极材料的充、放电速度.     

三联吡啶钌配合物掺杂硅薄膜修饰铟锡氧化物电极和其电化学发光性质

基于固定化的三联吡啶钌电化学发光技术具有诸如节省昂贵的发光试剂、简化实验装置而易于微型化等优势，得到人们的广泛关注和研究。而硅的溶胶凝胶由于其易于掺杂和良好的成膜性能，为制备功能化材料提供了很好的方法。我们合成了羧酸衍生化的三联吡啶钌；然后，利用酰胺化反应，和(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷反应，得到硅烷化的三联吡啶钌衍生物；此衍生物和原硅酸四乙脂混合，通过酸催化水解制备得到溶胶凝胶。进而，利用旋涂技术，将所得溶胶凝胶涂在铟锡氧化物电极上，制得修饰电极。修饰电极利用多种技术进行表征，最后考察了其电化学、电化学发光的性能。我们所制得的修饰电极较为稳定，有很好的电化学发光性能。     

混合盐活化胖大海基多孔炭的制备及超级电容器电极材料性能

利用浸泡后的胖大海为碳源, 氯化锌和氯化锂混合盐作为活化剂, 采用炭化胖大海(PC-1)、添加氯化锌(PC-2)或添加氯化锌/氯化锂(PC-3)的胖大海的方法制备了3种多孔碳材料, 并通过三电极体系测试电极材料的电化学性能。结果表明, 3种碳材料在电流密度为0.5 A/g的比电容分别为69、132和228 F/g; 当电流密度增加至10 A/g时, PC-3的比电容仍高达166 F/g, 具有良好的倍率性能。该实验表明, 通过氯化锌/氯化锂复合盐活化胖大海分级多孔碳可作为高性能超级电容器电极材料。     

焦粉活性炭/Al-Ni(OH)2复合电极材料的制备及其超级容器性能

以焦粉为原料,用HNO3预处理除灰,采用KOH浸渍-煅烧活化法制备焦粉活性炭(CPAC),通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射等表征其形貌,采用BET测试其比表面积、孔结构及孔径分布。初步考察了活化温度、活化时间等对焦粉活性炭电极材料电化学性能的影响。采用共沉淀法制备CPAC/Al-Ni(OH)2复合电极材料,通过恒电流充放电测试及循环伏安测试表征CPAC/Al-Ni(OH)2复合电极材料的电化学性能。结果表明,当活化温度为800℃、活化时间为3 h制得的焦粉活性炭电极材料的电化学性能最佳,比电容达到211 F/g。CPAC-800℃-3 h/Al-Ni(OH)2复合电极材料随Al掺杂量的增大呈现先增大后减小的趋势。在固定Al质量掺杂量为4%,炭镍质量比为1∶1时所得复合材料的比电容量最大:1173.6 F/g。恒电流充放电及循环伏安测试表明Al掺杂量为4%、炭镍比为1∶1的复合材料具有较好的电化学性能。     

高比容量二氧化钌电极材料制备

以无定型Ru O2·x H2O和金属Ru粉末为反应物,采用高温固相反应制备了Na型层状氧化钌(NaRu O2),通过离子交换反应对Na-Ru O2实现了剥离,得到了氧化钌纳米层胶体分散液。将氧化钌纳米层分散液冷冻干燥处理后得到了氧化钌重组物(ERRu O2)。通过XRD和SEM对制备试样进行了分析表征。电化学测试结果表明,在0.5 mol L-1H2SO4水溶液中,当电流密度为0.25 A g-1时,ERRu O2电极比电容高达645 F g-1,远远高于前驱体Ru O2·x H2O的比电容(367 F·g-1),并且ERRu O2电极表现出与前驱物相似的循环稳定性,是一种性能优异的超级电容器电极材料。     

泡沫铜基底原位生长的铜基导电金属有机框架作为双功能电催化剂

以泡沫铜为基底生长氢氧化铜纳米线,通过原位转化合成二维导电金属有机框架(MOF)材料Cu_3HITP_2(HITP=2,3,6,7,10,11-六氨基三亚苯)作为双功能催化剂,可直接用作析氧及氧还原反应的工作电极,而无需使用额外的基底或粘合剂,且无需后续热处理。研究发现以氢氧化铜纳米线为模板的Cu_3HITP_2表现出了更大的电化学比表面积,这种新型的电极可在碱性溶液(0.1和1.0 mol·L~(-1) KOH)中可以稳定运行,析氧反应中在电流密度达到10 mA·cm~(-2)时的过电位仅为1.53 V,超越了商业二氧化钌的催化性能。此外,该催化剂在氧还原反应中的半波电位达到0.75 V,优于大多数MOF材料。     

α-MnO2微球的制备及其电化学电容性质

以Ag片作催化剂在室温下制备了具有较高比表面积(177m2/g)的电化学电容器材料MnO2。XRD测试和SEM分析表明,所制备的MnO2为纳米纤维组成的仙人球状微球结构的α-MnO2。交流阻抗、循环伏安、恒流充放电和循环寿命等电化学测试均表明,所合成的α-MnO2微球在1mol/LNa2SO4水溶液中具有良好的电化学电容性能,单电极比电容可达187.1F/g,经1000次循环后电极容量仍保持在90%以上。     

钙钛矿型LaCoO3电化学储锂的形貌调制效应

采用不同方法制备了块状(Bulk)、 纳米球状(NPs)及三维有序多孔(3DPF)钙钛矿型LaCoO₃电极材料, 并考察了材料的形貌、 结构与电化学储锂之间的相关性. 结果表明, 不同形貌的电极材料均呈钙钛矿型晶体结构, 但电化学储锂性能却表现出巨大差异: 在500 mA/g的电流密度下, 块状、 纳米球状及三维有序多孔LaCoO₃电极经350次循环后放电比容量分别为157, 579和648 mA·h/g. 电化学性能的迥异主要归因于所制备的纳米及多孔结构使活性材料与电解液之间的接触面积增大, 反应活性位点明显增多, 传质电阻降低, 从而使电子传输和Li离子的嵌入/脱嵌过程得到显著改善.     

超级电容器纳米氧化锰电极材料的合成与表征

以聚乙二醇为分散剂,利用高锰酸钾和醋酸锰溶液之间的化学共沉淀法制备纳米水合氧化锰.借助SEM,TEM,FT-IR,XRD和BET分析手段对样品结构及性能进行表征.研究结果表明,SEM和TEM显示所得粉体为纳米粉体,粒径大约为10～30nm左右,XRD分析表明该粉体为无定型a-MnO₂·nH₂O,FT-IR分析表明获得的粉体为水合物,BET测试比表面积达160.7m²/g.以氧化锰为研究电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,铂片为辅助电极的三电极体系中,以1 mol/L的Na₂SO₄溶液为电解液,通过循环伏安法研究其电化学行为.实验结果表明,纳米氧化锰是理想的超级电容器电极材料,在电位窗口为-0.2～0.9V(vs.SCE)范围内,扫描速度为4mV/s,其比电容达到203.4 F/g.     

MoO2/C共包覆Si/石墨复合锂离子电池负极材料的研究

采用溶胶-凝胶法, 用二氧化钼(MoO₂)和C共同包覆Si/石墨粒子制备了Si/石墨/MoO₂/C锂离子电池负极材料. 利用X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)等分析了材料的形貌和性质. 结果表明, MoO₂/C的共包覆在缓解材料体积膨胀的同时提高了材料的电子和离子电导率, 进而提高了材料的电化学性能. 复合材料的首次充电比容量为2494 mA·h/g, 首次库仑效率为72%, 经过100次循环后比容量为636.6 mA·h/g.     

糖蜜基多孔碳球电极材料的制备及应用

以工业制糖的副产物糖蜜为新型碳源,替代传统多孔碳生产原料,制备出性能优异的多孔碳球超级电容器电极材料;探索了制备方法,优化了反应条件.利用全功能表面吸附仪、扫描电子显微镜及电化学方法对材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征.结果表明,制得的多孔碳球比表面积高达2547 m~2/g,且展现出优异的双电层电容性(170.5 F/g).本研究可解决制糖企业对糖蜜无法大规模利用的问题,并为多孔碳的制备寻求新方法.     

载氧化钌碳纳米管超级电容器电极

研究了一种采用溶胶-凝胶方法制备超细氧化钌粉末的新方法，该方法制备的氧化钌电极材料在250 ℃热处理后具有570 F•g－1的比电容量并具有典型的多孔特征.通过在碳纳米管表面化学沉积氧化钌的方法制备了不同成分的氧化钌/碳纳米管复合电极,并探讨了其电化学伏安特性和直流充放电特性.该复合电极具有高能量密度特性，同时还具有良好的高功率放电特性.     

超细氧化钌超电容器电极材料的制备

本文采用利用氯化钌和碳酸氢氨为反应前驱体，溶胶凝胶方法制备了超细氧化钌材料。将材料在250℃下加热脱水处理后，材料具有良好的表面特性和最大电化学比容量570F·g^-1。当脱水温度在300℃以上时，氧化钌材料明显晶化，同时材料比容量迅速降低。本文还测试了不同温度处理后材料的等效串联电阻和法拉第电化学阻抗特性，实验证明250℃条件下处理的电极材料具有最低的等效串联阻抗和良好的功率特性。当制备氧化钌过程中掺加适量碳纳米管形成复合材料时，电极材料的功率特性得到明显的改善。     

Nano-TiO2/Nafion-吡啶钌复合物膜修饰的玻碳电极上电化学发光测定盐酸西替利嗪

制备了Nano-TiO2/Nafion-吡啶钌复合物膜电极,实验结果表明电极表面固定的联吡啶钌[Ru(bpy)32 ]有良好的电化学行为. 基于盐酸西替利嗪对联吡啶钌[Ru(bpy)32 ]在0.1 mol/L的磷酸盐缓冲溶液介质中的弱电化学发光信号有较强的增敏作用, 建立了一种高灵敏度测定盐酸西替利嗪的电化学发光新方法. 增加的电化学发光强度与盐酸西替利嗪质量浓度在5.0×10-9～6.0×10-6 g/mL范围内有良好的线性关系, 检出限为1.4×10-9 g/mL, 相对标准偏差RSD为3.4% (n=11, c=4×10-7 g/mL). 方法已用于尿样中盐酸西替利嗪的测定.     

不同形貌氧化镍纳米材料的合成及其电化学性能

以水-乙二醇为溶剂,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,采用溶剂热法合成了NiO纳米片,NiO纳米薄片通过自组装形成花状结构。 改变反应温度和溶剂,制备了NiO纳米立方体颗粒和NiO纳米球形颗粒。 用合成的NiO纳米材料制备工作电极,在6 mol/L的KOH溶液中利用三电极体系进行了电化学性能测试。 在电化学性能测试中进行了循环伏安测试、恒电流充放电测试和电化学阻抗谱(EIS)测试。 结果表明,NiO纳米片的比电容最高(在电流密度为0.5 A/g时比电容值为402 F/g),倍率性能最佳(0.5 A/g增加至4 A/g时有80.1%的电容保持率)。 在电流密度为4 A/g时对NiO纳米片进行1000次恒流充放电循环测试,比电容损失了9.7%。     

RuO2·xH2O / MWNTs纳米复合物的超级电容特性研究

本文采用超声波技术合成了水合氧化钌/多壁碳纳米管纳米复合材料(Ru-MWNTs)前驱物，在150 ℃下热处理15 h后得到Ru-MWNTs。采用XRD及TEM对纳米复合材料进行表征，结果表明，水合氧化钌以无定型态比较均匀地沉积在MWNTs上。在1.0 mol·L^-1 H₂SO₄电解液中对Ru-MWNTs复合电极进行了电化学测试，循环伏安结果表明纳米复合物具有良好的电容性能，其比容量为100 F·g^-1，是MWNTs的6倍(MWNTs的比容量为15.5 F·g^-1)；本文还采用交流阻抗方法来分析频率与电容的关系，比较分析了MWNTs和复合材料的孔结构，表明在MWNTs中复合少量的水合氧化钌可以提高电极材料的充、放电速度。     

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。     

花瓣状Co-Al双金属硫化物/泡沫镍电极材料的制备及其超级电容性能的研究

采用低成本的两步水热法直接将Co-Al双金属硫化物生长在泡沫镍上,成功制备了CoAl₂S₄/Ni电极材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学测试等手段对其结构、形貌和超级电容性能进行了表征。结果表明,CoAl₂S₄/Ni电极材料呈现花瓣状的三维多孔结构,且表面粗糙,这种结构有利于电解液和电极材料的充分接触,具有良好的导电性和比电容性能;当电流密度为1A/g时,电极的放电比容量高达2187.1 F/g, 循环100次后比电容的保持率为90.1%,相关研究为超级电容器电极材料的制备及性能研究提供思路。