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%.     

静电纺丝制备多孔碳纳米纤维及其电化学电容行为

采用静电纺丝技术,以聚丙烯腈(PAN)/醋酸锌为前驱体制备复合纳米纤维,随后经碳化、酸化获得多孔碳纳米纤维.扫描电子显微镜(SEM)观察发现,碳纳米纤维表面分布大量孔洞.N2吸脱附等温曲线(BET)测试材料比表面积达413m2·g-1.循环伏安法(CV)和恒流充放电(CP)性能测试表明:多孔碳纳米纤维具有较好的电化学性能,在1A·g-1的电流密度下比电容达275F·g-1.相比碳纳米纤维比容量提高了162%.     

MnO_2纳米粒子的制备及其超电容性质研究

本文采用化学共沉淀法制备了MnO_2。通过XRD、BET、SEM、TEM及HRTEM等表征手段研究MnO_2的形貌及结构,结果显示制备的MnO_2由纳米粒子组成,且具有较大的比表面积(124.7 m~2·g~(-1))。将制得的MnO_2应用于超级电容器时,电化学测试结果表明,在电流密度为0.3 A·g~(-1)时,MnO_2的比电容达到194.7 F·g-1,同时有着优秀的倍率特性。循环稳定性测试表明MnO_2在电流密度2 A·g~(-1)的条件下,恒流充放电(GCD)1000次后的电容保持率达到102.7%,显示了MnO_2具有优异的电化学性能。     

薄层晶状α-MnO_2/活性炭复合电极材料的制备和电化学性质

以自制活性炭(AC)为载体,(NH4)2S2O8为氧化剂、MnSO4为还原剂和锰源、(NH4)2SO4为模板试剂,通过原位水热沉积法制备了α-MnO2/AC系列复合电极材料.分别采用X射线衍射、扫描电子显微镜、N2吸附/脱附等方法对试样的晶型结构、形貌、比表面积和孔结构进行了表征;用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等电化学方法研究了材料的电化学性质.结果表明,在MnSO4浓度为0.075mol·L-1的水热条件下,获得了薄层晶状α-MnO2/AC复合材料.在电流密度为3mA·cm-2时,该材料电化学性能优异,比电容为374.5F·g-1,较沉积前AC的252.7F·g-1有显著提高,增幅为48.2%;α-MnO2/AC复合电极有良好的充放电特性和循环稳定性,经1000次恒流充放电测试,容量保持率达到95%。     

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.     

用于超级电容器电极材料的聚苯胺基碳(英文)

在不同温度下碳化硫酸掺杂的聚苯胺制备了含杂原子(氮和氧原子)的新型碳材料.分别通过扫描电镜、元素分析仪、X射线光电子能谱仪和比表面积测试仪对这些碳材料的形貌特征、元素组成、表面化学组成和比表面积进行了表征.用循环伏安法、恒电流充放电法和交流阻抗法对其进行了电化学性能的研究.研究结果表明,在温度为800℃下碳化聚苯胺得到的碳有很好的电化学性能,尽管它的比表面积很小(325m·2g-1),但在0.5A·g-1电流密度下其比电容高达153F·g-1.它的高比电容可能与其含有合适比例的杂原子(氮和氧原子)有关,因为合适比例的氮和氧杂原子能够产生最大的赝电容.这些结果表明这种碳材料是一种很有发展前景的超级电容器电极材料.     

石墨烯/钴镍双金属氢氧化物复合材料的制备及电化学性能研究

采用微波辐射与高温裂解相结合的二步还原法制备石墨烯。二步还原使氧化石墨被充分还原和剥离,所得到的石墨烯有较好的传导性,其比表面达675.4 m2.g-1。以此石墨烯为原料,水热法合成出石墨烯/钴镍双金属氢氧化物复合材料,并考察了复合材料作为超级电容电极材料的电化学性能。研究发现,褶皱的石墨烯纳米片均匀分散在钴镍双金属氢氧化物中,这改善了钴镍双金属氢氧化物的传导性和结构稳定性。在0.25 A.g-1电流密度下,复合材料的比电容量是800.2 F.g-1。当电流密度增加至10 A.g-1,比电容量为386.5 F.g-1,恒电流充-放电500次后比电容量仍能保持99%以上,这些呈示该复合材料具有优良的电化学性能。     

壳聚糖制备多孔炭及其在电化学超级电容器中的应用(英文)

以壳聚糖为原料在 600、700、800和900℃直接炭化制备多孔炭 C-600,C-700, C-800 和C-900,其BET比表面积分别为278、461、515和625 m2·g-1.用恒流充放电和循环伏安法表征了其电化学性能. 结果表明, 由 C-800 制备电极的循环伏安图形更接近矩形, 在恒电流充放电实验中阴极和阳极过程基本对称, 说明该电极具有较好的电容性能.在 50 mA·g-1 的电流密度下,C-600、C-700、C-800和C-900的电容分别为96、120、154 和 28 F·g-1.由 C-800 制备电极的循环充放电稳定性好, 电流密度为1 A·g-1循环1000次后电容损失小于2%,说明壳聚糖制备多孔碳具有作为超级电容器电极材料的潜在价值. 同时还考察了不同浓度的电解液对C-800电化学性质的影响,发现在KOH浓度为 30%时的电容最大.依据实验结果,对多孔炭制备及其电化学性质间的关系进行了探讨.     

有序介孔碳负载NiCo2O4电极的制备及其超电容性能

以有序介孔碳(OMC)为载体,采用共沉淀法制备了OMC/NiCo2O4复合物.用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱和透射电镜(TEM)研究其结构与形貌,发现NiCo2O4纳米颗粒均匀地负载在有序介孔碳上.循环伏安和恒流充放电测试表明,NiCo2O4质量分数为40%时,在1A·g-1的电流密度下,复合物电极的比电容可以达到577.0F·g-1,电流密度为8A·g-1时,比电容可以达到470.8F·g-1,并具有良好的循环稳定性.在2A·g-1的电流密度下,经过2000次循环后,比电容还可达到508.4F·g-1,电容保持率为92.7%.     

SnO2 /MWCNTs纳米复合材料的低热固相制备及其超电容特性研究

采用十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)辅助固相法制备SnO2/MWCNTs纳米复合材料,X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)测试表明,SnO2纳米颗粒均匀包裹在MWCNTs表面.循环伏安和恒流充放电测试表明,与SnO2颗粒和纯MWCNTs相比,SnO2/MWCNTs纳米复合材料在1.0 mol·L-1 Na2SO4电解液中的电化学电容性质得到明显改善.当SnO2质量分数为11%时,在电流密度0.2 A·g-1下,SnO2的电容值最大可达217.3 F·g-1.     

柔性复合织物电极Graphene/Cotton和MnO2/Graphene/Cotton的合成及在电化学电容器中的应用

通过热还原法成功地制备出了柔性复合织物电极石墨烯/棉布(graphene/cotton)。热还原条件对电极的导电性能具有较大的影响。导电柔性织物电极graphene/cotton特有的多级结构使其既有利于进一步负载膺电容材料,又有利于电子和电解质离子的传输与扩散。通过电化学沉积方法,利用导电柔性织物电极graphene/cotton进一步制备出了电极MnO₂/graphene/cotton。利用扫描电子显微镜(SEM),傅里叶变换红外(FTIR)光谱,四探针测试法等表征技术对电极的结构进行了较为详细的表征。结果表明电极MnO₂/graphene/cotton的比电容可以达到536 F·g^-1。良好的电化学性能和柔性使得此类电极在柔性储能材料应用中具有极大的应用前景。     

二氧化锰/石墨烯纸电极的制备及其电化学性能

通过电化学法使溶液中的Mn²⁺电解氧化为MnO₂,沉积复合在石墨烯片膜上,形成由MnO₂/石墨烯复合材料构成的纸电极。 采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)、循环伏安(CV)和恒流放电等技术手段对纸电极材料的结构、形貌以及电化学性能进行了研究。 结果表明,MnO₂球形颗粒均匀地沉积在石墨烯片膜上,形成了厚度45 μm的纸电极,经过380 ℃煅烧后,纸电极中的MnO₂晶型由γ-MnO₂转化为β/γ-MnO₂混合晶型,是良好的柔性Li/MnO₂电池的电极材料。 MnO₂/石墨烯纸电极在室温下0.1C放电容量达269 mA·h/g,而且电化学阻抗低、柔韧性好。     

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.     

MnO2/H-TiO2纳米异质阵列的调控制备及超电容特性

采用目标调控的阳极氧化工艺制备了超大比表面、管与管相互分离的有序TiO₂纳米管阵列（TiO₂ NTAs）基体,进而分别采用电化学氢化法和循环浸渍沉积法对晶化退火后的TiO₂ NTAs实施电化学氢化和高比电容MnO₂沉积的双重功能化改性,调控构筑了一种新型MnO₂/H-TiO₂纳米异质阵列电极材料。利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、高分辨透射电子显微镜（TRTEM）、X射线衍射仪（XRD）、X光电子能谱仪（XPS）、拉曼光谱（Raman）和电化学工作站等对样品进行综合表征与超电容特性测试,结果表明：电化学氢化改性有效提高了H-TiO₂ NTAs的导电性和电化学特性,当电流密度为0.2 mA·cm^-2时H-TiO₂ NTAs的面积电容达到7.5 mF·cm^-2,是相同电流密度下TiO₂ NTAs的75倍;经过2个浸渍循环所获得的MnO₂/H-TiO₂ NTAs-2样品在电流密度为3 mA·mg^-1时比电容可达481.26 F·g^-1,电流密度为5 mA·mg^-1时循环充放电1000圈后比电容仅下降约11%。     

Ag-TiO2-MnO2复合材料的制备与电化学性能研究

采用高温固相法制备了Ag-TiO₂共修饰的二氧化锰锂电池阴极材料,通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶红外光谱仪（FT-IR）、X射线光电子能谱仪（XPS）、能量散射X射线能谱（EDS）、循环伏安测试（CV）、恒流放电测试、交流阻抗测试（EIS）等分别检测了所制备样品的物理-化学特性及相应的电化学性能特征.结果表明：空白二氧化锰与修饰后二氧化锰均为β 晶型,相比于未修饰样品,Ag-TiO₂-MnO₂ 样品的形貌得到了明显的改变.修饰后样品大倍率的放电比容量显著提升,1C 下的容量由 75mAh·g^-1 增加到 115mAh·g^-1,Ag-TiO₂-MnO₂ 样品 Mn-O 键能的增强对于抑制放电过程中体积膨胀也有一定作用,可以使二氧化锰材料保持较好的结构稳定性.     

二氧化锰含量对活性炭电极电化学性能的影响

本文采用液相法、热分解MnCO₃法以及电解沉积法制备不同二氧化锰粉末,并将其与活性炭复合,应用于水系超级电容器. 使用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）技术对材料形貌进行表征. 使用循环伏安法以及恒流充放电法对其电化学性能进行测试. 实验数据表明,α-MnO₂（质量分数70%）掺杂活性炭电极的最大比容量为151 F•g^-1,β-MnO₂（质量分数60%）掺杂活性炭电极的最大比容量为172F•g^-1,γ-MnO₂（质量分数50%）掺杂活性炭电极的最大比容量为141F•g^-1,但二氧化锰粉末对电极内阻的影响呈无规律性.     

聚吡咯@二氧化锰/碳纳米管薄膜电极的制备及在高性能锌离子电池中的应用

中性/弱酸性水系锌锰电池因其能量密度高、价格低廉、环境友好等优势受到广泛关注。然而,现有的二氧化锰正极材料存在导电性能差,在充放电过程中易于溶解等问题。这严重影响了电池的倍率性能和循环稳定性,阻碍了中性锌锰电池的应用。为了解决上述问题,本文设计了以碳纳米管(CNT)网络薄膜为导电基底沉积聚吡咯(PPy)包覆二氧化锰(PPy@MnO₂/CNT)的多级结构电极。碳纳米管和聚吡咯组装形成高比表面积的三维交联导电网络,为活性材料提供了快速的电子、离子传输通道;聚吡咯包覆纳米级二氧化锰能够有效地抑制二氧化锰的溶解,进而提升电池的倍率特性和循环稳定性。以PPy@MnO₂/CNT作为正极材料组装的水系锌锰电池在1 A·g^-1的电流密度下,比容量达到210 mAh·g^-1,循环1000圈后,电池依然具有较高的容量保持率(85.7%)。本工作的导电聚合物包覆活性物质的策略可为发展高稳定柔性储能器件提供新思路。     

碳包覆纳米SnO2中空纤维的制备及电容性能

采用同轴静电纺丝法制备了碳包覆纳米SnO₂中空纤维超级电容器电极材料.利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和比表面积分析仪(BET)对材料进行表征.结果表明,纤维呈现中空形貌,平均直径为1 μm; SnO₂颗粒均匀分布于碳壳结构中,平均粒径为3-15 nm.材料的比表面积为565 m²·g^-1.在三电极体系中,当电流密度为0.25 A·g^-1时,电极材料的比容量达397.5 F·g^-1;在1.0A·g^-1电流密度下,充放电循环3000次后比容量仍保持为初始值的88%.在对称型双电极体系中,电流密度为0.25 A·g^-1时,电极材料的比容量达162.0 F·g^-1,在1.0 A·g^-1电流密度下,充放电循环3000次后比容量仍保持为初始值的84%.     

静电自组装方法合成的具有多孔三维网络结构的Fe_3O_4/石墨烯复合材料作为高性能锂离子电池负极材料(英文)

采用静电自组装方法,分两步合成Fe(OH)3/GO前驱体(GO:氧化石墨烯),再通过水热反应和600°C高纯氮气气氛下煅烧,获得了Fe3O4/石墨烯复合材料.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、拉曼(Raman)光谱等多种分析,发现该复合材料具有三维多孔石墨烯网络结构.把合成的这种Fe3O4/石墨烯复合材料作为锂离子电池负极材料,电化学测试结果表明其具有优良的电化学性能:首次放电容量为1390 mAh·g-1,50次循环后容量为819 mAh·g-1.通过对比实验表明,三维石墨烯网络结构的形成对复合材料的电化学循环稳定性起着关键作用.     

水热反应温度对三维还原氧化石墨烯的形貌、结构和超级电容性能的影响

以氧化石墨凝胶制备的氧化石墨烯溶胶为前驱体,在120-220°C条件下,采用水热法制备了系列不同还原程度的三维还原氧化石墨烯,采用扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD),傅里叶变换红外(FTIR)光谱,X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试等手段研究了水热反应温度对材料形貌、结构和超级电容性能的影响.结果表明:采用水热法制备的三维还原氧化石墨烯呈多孔网状结构,材料的体积和内部网状孔径随着水热反应温度的升高而减小;同时,氧化石墨烯的还原程度随反应温度的升高而增加,有序度提高,其结构逐渐向着类石墨结构转化;而材料的比电容和能量密度则随反应温度的升高呈现出先增大后减小的趋势,且均以双电层电容为主;相比之下,当水热反应温度为180°C时,制备的三维还原氧化石墨烯具有最佳的超级电容性能,在电解液为6mol·L-1的KOH溶液中,0.5A·g-1电流密度下其比电容达到315 F·g-1,10 A·g-1时仍能保持212 F·g-1的高比容量,能量密度为40.5Wh·kg-1,5000次循环后比电容保持率为86%,表现出了良好的电化学性能.