氮掺杂石墨烯的制备及其超级电容性能

以氧化石墨烯(GO)为原料, 尿素为还原剂和氮掺杂剂, 采用水热法合成了氮掺杂石墨烯. 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)、氮气吸脱附分析、电导率和电化学测试对样品的形貌、结构、组成以及电化学性质进行表征. 结果表明:水热条件下尿素能有效地化学还原GO并对其进行氮掺杂; 通过调节原料与掺杂剂的质量比, 可以得到不同氮掺杂含量的石墨烯, 氮元素含量范围为5.47%-7.56% (原子分数); 在6 mol·L^-1的KOH电解液中, 氮元素含量为7.50%的掺杂石墨烯的超级电容性能最优, 即在3 A·g^-1电流密度下首次恒流充放电比电容可达184.5 F·g^-1, 经1200次循环后的比电容为161.7 F·g^-1, 电容保持率为87.6%.     

水热合成部分还原氧化石墨烯-K2Mn4O8超级电容器纳米复合材料

通过控制水热反应温度以及氧化石墨烯(GO)与高锰酸钾的填料比, 合成了两组部分还原的GO-K₂Mn₄O₈纳米复合材料. X射线衍射(XRD)分析说明水热过程中合成了α-MnO₂和一种新的晶相K₂Mn₄O₈.通过X射线光电子能谱(XPS)分析了水热反应前后氧化石墨的含氧官能团的变化. 扫描电子显微镜(SEM)显示样品由片状还原的氧化石墨烯构成, 其表面附有许多小的纳米颗粒, 这种结构有利于储能时电子的传递. 通过这两组复合材料的结构分析, 更好地理解了材料的电化学性能的变化. 利用循环伏安法和恒流充放电测试比较了材料的电容性能. 用1 mol·L^-1的硫酸钠做电解液, 电位范围是0-1 V, 在1 A·g^-1的电流密度下, 测得的样品最佳比电容达到251 F·g^-1, 能量密度为32 Wh·kg^-1, 功率密度为18.2 kW·kg^-1. 并且在5 A·g^-1的电流密度下循环1000次后样品的比电容仍维持在初始比电容的88%.     

水溶性壳聚糖制备多孔碳/氧化镍复合材料及其电化学电容行为

将水溶性壳聚糖碳化得到多孔碳材料, 然后制备了多孔碳/NiO复合材料. 透射电子显微镜(TEM), X射线衍射(XRD)和N₂吸-脱附实验等结构表征显示, 材料具有富含介孔的孔道结构. 循环伏安(CV), 恒流充放电等电化学测试表明, 复合材料具有良好的电化学电容性能. 其中Ni/C质量比为2:20时, 复合材料在0.1 A·g^-1电流密度下比容量可达355 F·g^-1, 而且经过1500次循环比容量仍保持99%左右, 表现出良好的循环稳定性.     

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%.     

功能化石墨烯/聚苯胺复合电极材料的制备和电化学性能

利用水合肼还原十八胺（ODA）接枝的氧化石墨烯（GO）,得到了十八胺功能化石墨烯（ODA-G）,将ODAG与聚苯胺（PANI）通过溶液共混法,制备了功能化石墨烯和聚苯胺纳米复合材料（ODA-G/PANI）. 采用傅里叶变换红外（FTIR）光谱、X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）、拉曼（Raman）光谱及透射电镜（TEM）,对复合材料的结构和形貌进行了表征;利用循环伏安、恒流充放电及交流阻抗谱等,对复合材料的电化学性能进行了测试. 结果显示,少量ODA-G的引入为PANI 的电化学氧化还原反应提供了更多的电子通道和活性位置,有利于提高PANI 的赝电容. 在电流密度1.0 A·g^-1下,2%（w）ODA-G/PANI 的比电容达到787 F·g^-1,而相应的PANI 仅有426 F·g^-1. 此外,ODA-G/PANI的循环稳定性也远高于纯PANI.     

纳米多孔结构镍基复合膜电极的电化学法制备及其电容特性

通过对电沉积法得到的Ni-Cu合金镀层进行电化学去合金化处理, 制备了纳米多孔结构金属镍膜. 采用循环伏安法对多孔金属镍膜在1 mol·L^-1 KOH溶液中进行阳极氧化处理, 获得了纳米多孔结构的镍基复合膜电极. 应用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学技术对所制备的膜电极的物理性质及赝电容特性进行了表征. SEM、XRD和XPS的测试结果表明, 所制备的纳米多孔结构镍基复合膜由Ni、Ni(OH)₂和NiOOH组成. 电化学实验结果显示, 该复合膜在20 A·g^-1的充放电电流密度下, 给出了578 F·g^-1的初始比电容; 在1000次充放电循环后, 它的比电容值为544 F·g^-1, 电容保持率为94%. 纳米多孔结构有利于KOH电解液的渗透, 从而促进反应物种在电极内部的传输; 纳米多孔的金属镍基体可以提高Ni(OH)₂膜的电子导电性; 纳米大小的Ni(OH)₂颗粒能够缩短质子的固相扩散路径. 上述因素是所制备的纳米多孔结构镍基复合膜电极具有优异赝电容特性的主要原因.     

三氧化钼纳米带/石墨烯纳米复合材料的简单制备及其在超级电容器中的应用

采用简单的超声自组装法制备了石墨烯/三氧化钼纳米带复合材料。最终产物的组成和结构采用多种不同的手段进行了表征,包括扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱以及热分析等。该复合材料可以用作超级电容器电极材料。电化学实验结果表明石墨烯/三氧化钼纳米带复合材料比电容可达到285.5 F·g^-1,且在电流密度为1 A·g^-1时经过1 000次循环后其电容值能保持初始值的99.5%.     

三氧化钼纳米带/石墨烯纳米复合材料的简单制备及其在超级电容器中的应用

采用简单的超声自组装法制备了石墨烯/三氧化钼纳米带复合材料。最终产物的组成和结构采用多种不同的手段进行了表征,包括扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱以及热分析等。该复合材料可以用作超级电容器电极材料。电化学实验结果表明石墨烯/三氧化钼纳米带复合材料比电容可达到285.5 F·g^-1,且在电流密度为1 A·g^-1时经过1 000次循环后其电容值能保持初始值的99.5%.     

三维还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及其超级电容性能

以制备的氧化石墨凝胶和聚苯胺纳米线为原料, 将二者按一定的质量比进行混合超声分散, 再以混合分散液为前驱体采用一步水热法制备得到三维还原氧化石墨烯(RGO)/聚苯胺(PANI) (RGP)复合材料, 采用扫描电镜(SEM), 透射电镜(TEM), X射线衍射(XRD), 傅里叶变换红外(FT-IR)光谱, X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试等分析研究了复合材料的形貌、结构和超级电容性能. 结果表明, 复合材料既保持了还原氧化石墨烯的基本形貌, 又能使聚苯胺较好地镶嵌在还原氧化石墨烯的网状结构中; 且当氧化石墨与聚苯胺的质量比为1:1时复合材料在0.5 A·g^-1电流密度下比电容可高达758 F·g^-1, 即使在大电流密度(30 A·g^-1)下其比容量仍高达400 F·g^-1,在1A·g^-1电流密度下循环1000次后比容量保持率为86%, 表现出了良好的倍率性能和循环稳定性, 其超级电容性能远优于单纯的还原氧化石墨烯和聚苯胺, 其优异的超级电容性能可归咎于二者的相互协同作用.     

泡沫镍负载的NiCo2O4纳米线阵列电极的超级电容性能

采用无模板自然生长法制备了泡沫镍支撑的NiCo₂O₄纳米线阵列电极, 利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观测了纳米线的表面形貌, 利用X射线衍射(XRD)分析了纳米线的结构, 通过循环伏安、恒流充放电和交流阻抗测试了电极的超级电容性能. 结果表明: NiCo₂O₄纳米线直径约为500-1000 nm、长度约为10 μm, 垂直且密集地生长在泡沫镍骨架上. 纳米线阵列电极的放电比容量高达741 F·g^-1, 循环420次后比容量仍保持在655 F·g^-1, 电化学阻抗测试其电荷传递电阻仅为0.33 Ω, 420次循环后电荷传递电阻仅增加0.06 Ω.     

Nanocomposites of Sulfonic Polyaniline Nanoarrays on Graphene Nanosheets with an Improved Supercapacitor Performance

A new nanocomposite, poly(aniline‐co‐diphenylamine‐4‐sulfonic acid)/graphene (PANISP/rGO), was prepared by means of an in situ oxidation copolymerization of aniline (ANI) with diphenylamine‐4‐sulfonic acid (SP) in the presence of graphene oxide, followed by the chemical reduction of graphene oxide using hydrazine hydrate as a reductant. The morphology and structure of PANISP/rGO were characterized by field‐emission (FE) SEM, TEM, X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS), Raman, FTIR, and UV/Vis spectra. The electrochemical performance was evaluated by cyclic voltammetry, galvanostatic charge–discharge, and electrochemical impedance spectroscopy. The PANISP/rGO nanocomposite showed a nanosized structure, with sulfonic polyaniline nanoarrays coated homogeneously on the surface of graphene nanosheets. This special structure of the nanocomposite also facilitates the enhancement of the electrochemical performance of the electrodes. The PANISP/rGO nanocomposite exhibits a specific supercapacitance up to 1170 F g^?1 at the current density of 0.5 A g^?1. The as‐prepared electrodes show excellent supercapacitive performance because of the synergistic effects between graphene and the sulfonic polyaniline copolymer chains.     

石墨烯-聚吡咯纳米管杂化材料的制备及电容特性

使用化学连接的方法制备一种石墨烯-聚吡咯纳米管杂化材料。使用扫描电镜、透射电镜、傅里叶变换红外光谱仪、光电子能谱仪以及电化学工作站对产物的形貌、结构以及电容特性进行表征。结果表明,在杂化材料中石墨烯和聚吡咯纳米管分散均匀,在石墨烯与聚吡咯纳米管之间通过酰胺基团形成了共价键连接。此杂化材料在0.3 A.g-1电流密度下的比电容为1 368F.g-1,在1.5 A.g-1电流密度下的比电容为759 F.g-1,在1 000次循环伏安循环后的剩余比电容值为初始比电容值的85.5%,显示出良好的电容特性。     

ZnS@C/rGO复合材料的制备及其电化学可逆储锂性能

通过溶剂热反应-水热处理的途径,制备了无定形碳包覆的ZnS纳米晶体（ZnS@C）与还原氧化石墨烯（rGO）复合的ZnS@C/rGO复合材料,并用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）对复合材料进行了形貌和微观结构的表征。电化学测试结果表明,与ZnS@C和ZnS/rGO相比,所制备的ZnS@C/rGO复合材料显示了显著增强的电化学储锂性能,在100 mA·g^-1电流密度下,其电化学储锂的首次可逆比容量为1 101 mAh·g^-1,充放电循环100次后其可逆比容量为1 569 mAh·g^-1。在不同电流密度下循环1 200次后,仍保持在2.0 A·g^-1电流密度下有1 096 mAh·g^-1的可逆比容量,显示了其稳定的长循环性能。     

Facile synthesis of polyaniline/TiO2/graphene oxide composite for high performance supercapacitors

The polyaniline/TiO₂/graphene oxide (PANI/TiO₂/GO) composite, as a novel supercapacitor material, is synthesized by in situ hydrolyzation of tetrabutyl titanate and polymerization of aniline monomer in the presence of graphene oxide. The morphology, composition and structure of the composites as-obtained are characterized by SEM, TEM, XRD and TGA. The electrochemical property and impedance of the composites are studied by cyclic voltammetry and Nyquist plot, respectively. The results show that the introduction of the GO and TiO₂ enhanced the electrode conductivity and stability, and then improved the supercapacitive behavior of PANI/TiO₂/GO composite. Significantly, the electrochemical measurement results show that the PANI/TiO₂/GO composite has a high specific capacitance (1020 F g⁻¹ at 2 mV s⁻¹, 430 F g⁻¹ at 1 A g⁻¹) and long cycle life (over 1000 times).     

可充镁电池正极材料PTMA/石墨烯

本文制备了聚4-甲基丙烯酸-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氮氧自由基酯(PTMA)/石墨烯纳米复合材料,并报道了其作为可充镁电池正极材料的电化学性能.通过傅里叶变换红外(FTIR)光谱、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)表征复合材料的结构和形貌;循环伏安和恒电流充放电测试其电化学性能.粒径10 nm左右的PTMA颗粒分散在具有导电作用的石墨烯表面;在"一代"电解液Mg(AlCl2BuEt)2/四氢呋喃(THF)(0.25 mol L-1)中,22.8mA g-1充放电电流密度下,PTMA/石墨烯复合材料的起始放电容量可达到81.2 mAh g-1.研究结果表明,含有自由基的有机化合物可以作为可充镁电池的一类新型正极材料,可以进一步通过使用具有高氧化分解电压的电解液来提高其放电容量.     

氧化石墨烯/聚吡咯插层复合材料的制备和电化学电容性能

以FeCl₃-甲基橙(MO)为模板, 通过化学原位聚合法成功制备出氧化石墨烯/聚吡咯(GO/PPy)插层复合材料. 采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等测试技术对复合材料进行物性表征. 此外, 利用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗测试方法对复合材料在两种不同水系电解液(1 mol·L^-1 Na₂SO₄和1 mol·L^-1 H₂SO₄)中的电化学性能进行了研究. 结果显示: 氧化石墨烯和聚吡咯表现出各自优势并发挥协同作用, 使得GO/PPy插层复合材料在中性和酸性电解液中都显示出可观的比电容. 电流密度为0.5 A·g^-1时, GO/PPy 插层复合材料在Na₂SO₄和H₂SO₄电解液中的比电容分别为449.1 和619.0 F·g^-1, 明显高于纯PPy的比电容. 经过800 次循环稳定性测试后, 两种不同电解液中, 复合材料初始容量的保持率分别为92%和62%. 其中酸性电解液体系中初始容量更大, 而中性溶液中具有更稳定的循环性能.     

Controllable Preparation of Polyaniline–Graphene Nanocomposites using Functionalized Graphene for Supercapacitor Electrodes

In order to explore the effect of graphene surface chemistry on electrochemical performance based on polyaniline–graphene hybrid material electrodes, four different polyaniline–graphene nanocomposites were fabricated with graphene oxide, reduced graphene oxide, aminated graphene and sulfonated graphene as carriers, respectively. The nanocomposites feature various structures and morphologies, which could be used to more deeply understand the morphology and structure effects caused by surface chemistry on electrochemical performance. The experimental results reveal that functionalized electronegative graphene was conducive to the vertical and neat growth of polyaniline (PANI) nanorods. The array architecture endowed the PANI–GS nanocomposite with a large ion‐accessible surface area and high‐efficiency electron‐ and ion‐transport pathways. Meanwhile, the introduction of sulfonic acid functional groups accelerated the redox reaction with doping and dedoping of the PANI. Thereby, the PANI–GS nanocomposite exhibited a high specific capacitance of 863.2 F g^?1 at a current density of 0.2 A g^?1 and the excellent rate capability of 67.4 % (581.6 F g^?1 at 5 A g^?1), which were much better than the other three nanocomposites produced.