单壁碳纳米管用做超级电容器的电极材料

摘要本文研究了采用电弧放电法大规模合成的单壁碳纳米管（SWNT）用作超级电容器电极材料的电化学性能。N₂吸脱附测试表明SWNT既有发达的微孔，又有发达的中孔，其比表面为435 m².g^-1。由于既有双电层电容，又有表面官能团产生的准电容，采用浓硝酸处理后的单壁碳纳米管在水相电解液中的比电容达到105 F/g。基于SWNT的超级电容器也有着良好的充放电可逆性和循环稳定性。     

液结的复合层半导体材料光电化学行为

本世纪５０年代开始，Ｂｒａｔａｉｎ和Ｇｅｒｉｓｈｅｒ等人以半导体物理中Ｓｃｈｏｔｋｙ势垒为基础建立了半导体／电解质溶液界面模型，即在半导体与溶液中均认为可用费米能级的概念来表示电子填充的水平，也就是体系的电化学势，它在能级图上位置的高低代表了给出电子...     

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。     

互通多孔碳/二氧化锰纳米复合材料的原位水热合成及电化学性能

以互通多孔碳（IPC）为载体，水热条件下在碳表面原位反应生成纳米结构的二氧化锰（MnO₂），制备互通多孔碳/二氧化锰纳米（IPC/MnO₂）复合电极材料. 采用扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），X射线衍射（XRD），热重分析（TGA）对其结构进行表征；采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究. 结果表明：生成的MnO₂均匀地负载在碳的表面，形成多层次结构，并且随着温度的升高IPC表面负载的MnO₂由纳米颗粒变为纳米片状结构；MnO₂纳米片具有典型的K-Birnessite 型晶体结构；复合物中MnO₂的含量约为34%（w）. 在100 ℃制备的IPC/MnO₂复合材料在三电极系统中最高比电容达到了411 F·g^-1；随着反应温度的升高,比容量先增长后基本保持不变. 以IPC/MnO₂为正极，活性炭（AC）为负极，1 mol·L^-1 Na₂SO₄溶液为电解液组装成IPC/MnO₂//AC 混合超级电容器，发现IPC/MnO₂电极的电容器其电位窗口从1 V扩展到1.8 V，容量可达86F·g^-1，且表现出良好的电容特性和大电流放电性能.     

互通多孔碳/二氧化锰纳米复合材料的原位水热合成及电化学性能

以互通多孔碳（IPC）为载体，水热条件下在碳表面原位反应生成纳米结构的二氧化锰（MnO₂），制备互通多孔碳/二氧化锰纳米（IPC/MnO₂）复合电极材料. 采用扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），X射线衍射（XRD），热重分析（TGA）对其结构进行表征；采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究. 结果表明：生成的MnO₂均匀地负载在碳的表面，形成多层次结构，并且随着温度的升高IPC表面负载的MnO₂由纳米颗粒变为纳米片状结构；MnO₂纳米片具有典型的K-Birnessite 型晶体结构；复合物中MnO₂的含量约为34%（w）. 在100 ℃制备的IPC/MnO₂复合材料在三电极系统中最高比电容达到了411 F·g^-1；随着反应温度的升高,比容量先增长后基本保持不变. 以IPC/MnO₂为正极，活性炭（AC）为负极，1 mol·L^-1 Na₂SO₄溶液为电解液组装成IPC/MnO₂//AC 混合超级电容器，发现IPC/MnO₂电极的电容器其电位窗口从1 V扩展到1.8 V，容量可达86F·g^-1，且表现出良好的电容特性和大电流放电性能.     

C30卡宾三叶结分子结构与稳定性的理论研究

三叶结分子是最简单的非平凡纽结分子, C₃₀卡宾三叶结分子是由一条闭合的(C≡C—)₁₅ sp杂化碳链组成的, 是具有D₃对称性的拓扑手性分子. 本文用密度泛函方法[DFT/RB3LYP/6-31G(D)]对分子结构和光谱性质进行了研究, 在优化构型的基础上通过自然键轨道(NBO)方法和轨道能级研究了它的共轭性、成键情况和稳定性, 并与平面型C₃₀卡宾环分子进行了比较. 计算结果表明三叶结分子的三叶弧上形成了非平面的C≡C共轭和扭曲的内螺旋结构, 交叉处具有弱成键作用, 且分子轨道也发生了扭曲; 三叶结分子比卡宾环的共轭性和赝Jahn-Teller效应都明显小, 而总能量高. 因此, 分子打结是一个能量升高的过程.     

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.     

功能化碳纳米管膜负载聚(2,5-二羟基-1,4-苯醌硫)柔性电极的制备及在柔性非对称超级电容器中的应用

通过对碳纳米管(CNT)膜进行重氮化处理,制备对氯苯胺修饰碳纳米管(pca-CNT)膜,并以pca-CNT膜为基底,原位缩聚生长聚(2,5-二羟基-1,4-苯醌硫)(PDBS),构筑pca-CNT负载PDBS(pca-CNT@PDBS)柔性电极。采用场发射扫描电镜、透射电镜、能谱仪、傅里叶红外光谱和光电子能谱等表征了pca-CNT@PDBS电极材料的形貌和结构,研究了CNT膜功能化之后对电极材料结构及电化学性能的影响。研究表明,当电流密度为1mA/cm~2时,pca-CNT@PDBS柔性电极的比电容达到108.0mF/cm~2,明显高于PDBS电极材料(65.6mF/cm~2)和纯碳纳米管膜负载的PDBS(CNT@PDBS,83.2mF/cm~2)。分别以pca-CNT@PDBS、CNT@PDBS为柔性正极,以CNT膜负载的聚(1,5-二氨基蒽醌)(CNT@PDAA)为柔性负极,与丙烯酸酯橡胶/四乙基四氟硼酸铵-乙腈准固态电解质(ACM/Et4NBF4-AN)匹配组装,得到柔性有机非对称超级电容器。当电流密度为2mA/cm~2时,pca-CNT@PDBS//ACM/Et4NBF4-AN//CNT@PDAA的比电容为79.6mF/cm~2;当功率密度为63.5 mW/cm3时,其能量密度达到1.63 mW·h/cm3。CNT@PDBS//ACM/Et4NBF4-AN//CNT@PDAA在循环7 500次以后,比电容保持率仅为30.5%,而pca-CNT@PDBS//ACM/Et4NBF4-AN//CNT@PDAA循环充放电8 000次后,比电容保持率为80.5%,循环稳定性较前者大幅提高。     

ADSORPTION OF 2,4-D ON MODIFIED HYPERCROSSLINKED POLYSTYRENE （NDA-99） AND XAD-4 RESIN

The adsorption behavior of pesticide 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) in aqueous solution has been investigated using a hypercrosslinked polystyrene adsorbent (NDA-99) modified by dimethylamine group as well as a nonionic macroporous adsorbent (XAD-4). The Langmuir and Freundlich isotherm models were employed to fit the experimental data to describe adsorption mechanism. It shows that NDA-99 resin exhibits an adsorption affinity for 2,4-D higher than XAD-4 resin owing to its exceptional micropore structure and the amine group of the hypercrosslinked matrix.Further studies indicate that the hydrogen bonding interaction and the stronger π-π conjugation play a significant role in the course of the adsorption of 2,4-D on NDA-99 resin, which is in agreement with the IR spectroscopic results and the △E values of HOMO (the highest occupied molecular orbit) of adsorbent and LUMO (the lowest unoccupied molecular orbit) of adsorbate calculated from the MINDO/3 model.     

氮掺杂石墨烯量子点/MOF衍生多孔碳纳米片构筑高性能超级电容器

首先采用溶液法在碳布上生长Co-MOF二维纳米片,通过高温退火和刻蚀后得到MOF衍生多孔碳纳米片。以Co-MOF衍生的多孔碳纳米片/碳布(CNS/CC)作为碳基骨架,采用电化学沉积法负载高活性氮掺杂石墨烯量子点(N-GQDs),制备得到分级多孔结构的N-GQD/CNS/CC复合材料。组装成自支撑且无粘结剂的N-GQD/CNS/CC电极,当电流密度为1 A·g~(-1)时,其比电容高达423 F·g~(-1)。通过储能机制和电容贡献机制的研究表明,在碳纤维上原位生长的具有高双电层电容的CNS和表面负载具有高赝电容的N-GQDs之间相互协同作用,使得N-GQD/CNS/CC电极具有高电容性能,是一种理想的超级电容器电极材料。电极材料的高导电、分级多孔结构有利于电子的传输和电解质离子的扩散,具有良好的动力学性能,能快速充放电和具有优异的倍率特性。将电极组装成对称型超级电容器,功率密度为250 W·kg~(-1)时对应的能量密度达到7.9 Wh·kg~(-1),且经过10 000次循环后电容保持率为91.2%,说明氮掺杂石墨烯量子点/MOF衍生多孔碳纳米片复合材料是一种电化学性能稳定的具有高电容性能的全碳电极材料。