溶剂热合成Co(OH)2/活性炭复合电极材料及其电化学性能研究

以Co(NO3)2·6H2O,CO(NH2)2和活性炭(AC)为原料,利用溶剂热法合成了Co(OH) 2/AC复合电极材料.X射线衍射仪、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱和热重分析显示,产物是约为2 μm无定形的Co(OH)2薄片状粒子与AC颗粒复合.电化学测试表明,在6 mol/L KOH电解液中电流密度为1A·g-1时,电极材料的比电容达301F·g-1,倍率特性良好(164 F·g-1,20 A·g-1);比电容值比AC和Co(OH)2分别提高了89;和35;.复合材料电化学性能提升源自于高导电性活性炭和高赝电容比容量Co(OH)2间的协同作用.     

椰壳活性炭孔结构的调节及对超电容性能的影响

以椰壳为原料采用化学活化法制备活性炭,通过改变碱炭比,得到不同比表面积和孔结构的活性炭材料,并进行机理研究.其中,高比表面积产生大量容量;大量介孔为离子快速转移提供通道,有利于提高超电容的倍率性能.以6 mol·L-1的KOH为电解液组装成对称电极的超级电容器,并进行电化学性能测试.制备的AC-4活性炭比表面积为3831 m2·g-1,介孔率42.8;,组装为超级电容器在1A·g-1电流密度下放电比容量达到260F·g-1,100A ·g-1时仍保持216.116 F·g-1,最高功率密度24.5 kW· kg-1,能量密度13.35Wh· kg-1.     

星状VO2纳米结构的制备及电化学性能研究

以草酸和五氧化二矾为原料,通过水热法制备出电化学性能优异的星状VO2纳米材料.应用X-射线衍射仪(XRD)、X-射线光电子能谱仪(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)等设备分别对样品的物相、元素组成及价态和形貌进行表征.电化学结果显示,星状VO2纳米结构在0.2 A· g-1的电流密度下,其比电容高达574.75 F· g-1,且能量密度为51.09 Wh· kg-1.经过4250次循环充放电后,星状VO2比电容仍保持90.2;,表现出极高的电容性能.     

氧化还原法制备氧化锰超级电容器电极材料

以高锰酸钾(KMnO4)和聚乙烯吡络烷酮(PVP)为原料,采用氧化还原法制备介孔氧化锰.研究发现,产物的晶型和微观结构受KMnO4溶液浓度的影响.当KMnO4溶液浓度从0.1 mol·L-1增加到0.3 mol·L-1,产物从比表面积13.6 m2·g-1的晶态Mn3O4转变成比表面积约60 m2·g-1的非晶态MnO2.电化学测试表明:非晶MnO2具有最佳电化学性能,在2 mol·L-1 KOH溶液中,1 A·g-1的电流密度下的比电容可达442 F·g-1,5 A·g-1的电流密度下循环1100次后比电容保有率为72.6;.     

三维还原氧化石墨烯的制备及超级电容性能

以氧化石墨凝胶制备的氧化石墨烯溶胶为前驱体,一步水热法制备三维还原氧化石墨烯,采用XRD、Raman、XPS、SEM和TEM对其结构和形貌进行表征;将其作为超级电容器的电极材料时,采用直接压片法制备工作电极,在三电极体系中测试了材料的超级电容性能.结果表明:经一步水热法对氧化石墨烯溶胶进行还原处理,可去除结构中大部分的含氧官能团,所得三维还原氧化石墨烯呈多孔网状结构,层数为3～7层;比电容在0.5A·g-1的电流密度下可达294 F·g-1,且在1A·g-1电流密度下循环1000次后仍高达247 F·g-1,保持率为88.85;;欧姆电阻Rs约为0.52 Ω,界面电阻Rc约为1.53 Ω.相对于热还原法和化学还原法所制备的石墨烯材料具有更好的超级电容性能.     

花状NiCo-LDH/CB复合材料的制备及其电化学性能研究

以乙醇为溶剂,采用溶剂热法制备了三维花状层状双氢氧化物(Layered Double Hydroxides, LDH)与炭黑(Carbon Black, CB)复合的复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)对样品的结构和形貌进行表征,并通过循环伏安、交流阻抗和恒流充放电研究了材料的电化学性能。结果表明,作为超级电容器电极材料,所制备的NiCo-LDH/CB和NiCo-LDH/CB-D电极在1 A·g^-1电流密度下的比电容分别为1 520 F·g^-1和2 127 F·g^-1,即使在7 A·g^-1高电流密度下,其比电容仍可达1 438 F·g^-1和2 011 F·g^-1,容量保持率为94.6%和94.5%。与单纯的花状NiCo-LDH相比,CB的引入明显提升了材料的电化学性能。     

高锰酸钾对石墨烯及石墨烯-CaTi2O4(OH)2复合材料电化学性能的影响

由于CaTi2O4(OH)2导电性较差,为进一步提升CaTi2O4(OH)2电化学性能,将具有优异导电性的石墨烯材料与之复合.采用C为原料,H2 SO4为插层剂,KMnO4为氧化剂还原制得石墨烯,将两者复合制备石墨烯-CaTi2 O4(OH)2复合材料.研究高锰酸钾用量对石墨烯-CaTi2O4(OH)2复合材料电化学性能的影响.利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的显微结构、形貌进行检测分析,采用恒电流充放电(CP)和循环伏安(CV)等技术测试其电化学性能.实验结果表明:当高锰酸钾用量5 g时,可以制备出氧化、还原程度良好,电化学性能优异的石墨烯,与CaTi2O4(OH)2复合制得样品电极,其电化学性能最优,在5 A/g的工作电流密度下,样品比电容高达394.2 F·g-1是纯CaTi2O4(OH)2电容值(162 F·g-1)的2.43倍.     

常压水解-离子交换法制备TiO2负极材料及其电化学性能研究

使用Na盐和K盐通过常压水解-离子交换法合成了"海藻球"状锐钛矿型TiO2.材料表面包裹着超细的纳米TiO2晶须,交错形成三维、相互连接的纳米孔锐钛矿结构.用X射线衍射和扫描电镜对其晶体结构和形貌进行了表征,并对其进行储锂电化学性能测试.材料表现出优异的电化学性能,在100 mA·g-1的电流密度下,首次放电比容量达347 mAh·g-1和242 mAh·g-1,Na盐法制备的TiO2具有较好的倍率性能,在2000 mA·g-1的电流密度下,首次放电比容量分别达168 mAh·g-1,且循环性能良好,循环20圈后仍然保持在153 mAh·g-1.     

镍硫化物/碳纳米管复合材料的制备及电化学性能研究

采用溶剂热法以NiC12·6H2O为镍源,乙醇为溶剂制备Ni/CNTs前驱体,在水热反应条件下,用Na2S2O3·5H2O对Ni/CNTs前驱体进行硫化,得到NS/CNTs复合材料.对其电化学性能进行测试,NS/CNTs复合材料在1A·g-1电流密度下的比电容可达533.33 F·g-1,经1000次循环充放电后,比电容保持率为42.50;.相较于NS纳米片(146.67 F·g-1和27.27;),NS/CNTs复合材料的电化学性能得到了显著提升,表明CNTs的加入能明显改善镍硫化物的电化学性能.     

水/乙醇摩尔比对CaTi2O4(OH)2纳米片状结构及电化学性能的影响

利用一步溶剂热法制备了CaTi2O4(OH)2片状结构.利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜测试样品的晶体结构和形貌,采用CHI660E电化学工作站对样品进行电化学性能分析,研究水/乙醇摩尔比对CaTi2O4(OH)2样品的物相、形貌及电化学性能的影响.实验结果表明:随着水/乙醇摩尔比增加,样品的比电容先增加后减小,当水/乙醇摩尔比为50/10时,当水/乙醇摩尔比为50/10时,样品在10 mA/cm2电流密度下比电容达到最优值268.8 F·g-1.     

花状SnS2微球锂离子电池负极材料制备及性能

以SnCl4·5H2O和L-半胱氨酸为原料,通过水热法制备了直径约为1μm的均匀花状SnS2微球.利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)和氮气吸附-脱附测试(BET)对产物进行表征.电化学性能测试表明,花状SnS2微球作为锂离子电池负极材料,在1C电流密度下首次放电容量达到1379.5 mAh·g-1,30周后放电容量保持在400 mAh·g-1.     

Co掺杂改性CaTi2O4(OH)2纳米片的溶剂热制备及电化学性能

利用无水氯化钙-钛酸四正丁酯-无水乙醇体系,通过掺杂Co元素,用溶剂热法制备了CaTi2O4(OH)2片状结构.利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的显微结构进行检测分析,并利用CHI660E电化学工作站测试掺杂样品电化学性能,研究掺入Co元素对CaTi2O4 (OH)2样品的物相结构、微观形貌以及其电化学性能的影响.实验结果表明:随着钴离子掺入量增加样品的比电容先增加后减小,当Co掺杂量为2;样品的电化学性能最优,且在10 mA/cm2的工作电流密度下,其比电容为496.3 F·g-1.     

钠离子电池负极材料二氧化钛的氮离子掺杂改性研究

二氧化钛(TiO2)作为钠离子电池负极材料有着极大的应用前景,但是,低的电导率限制其大规模应用.通过静电纺丝的方法,制备出碳复合的锐钛矿二氧化钛(TiO2)样品,并对样品进行氮掺杂,作为自支撑钠离子电池负极材料.通过XRD、SEM、XPS、充放电测试对其进行结构、形貌分析和电化学性能研究.结果发现,氮离子成功的掺入晶体内部,且对TiO2的晶型没有影响.氮离子掺杂后,样品N-TiO2的倍率性能有了明显的提高.在10 A· g-1电流密度下,样品TiO2和N-TiO2的可逆比容量分别为134.3 mAh· g-1和212.1 mAh· g-1.在1 A· g-1的电流密度下,样品N-TiO2和TiO2的可逆比容量分别为192.4 mAh· g-1、124.5 mAh· g-1,循环1000圈后,放电比容量依然高达195.5 mAh· g-1、120.9 mAh· g-1,样品N-TiO2和TiO2均具有优异的循环稳定性,但氮离子掺杂后,比容量有了显著的提高.实验表明,氮离子掺杂后,材料中产生的Ti3+和氧空位可以提高电子电导率和Na+在材料中的扩散效率,使得其电化学性能有了明显的改善.     

三维花状Ni(OH)2/CNT纳米复合材料制备及NOx气敏性能研究

为了制备室温下对NOx气敏性能优异的纳米材料,本文采用简单的一步回流法制备出呈三维花状的Ni(OH)2/碳纳米管(CNT)纳米复合材料.分别采用XRD、SEM、TEM等表征手段研究了复合材料的形貌和结构.结果表明:三维花状结构是由Ni(OH)2纳米薄片层层堆叠组装起来的,CNT很好的嵌入在花状结构内.该材料在室温条件下对NOx有较好的气敏性能,当CNT的加入量为20 mg时,对于97 ppm NOx气体响应最快为8 s,灵敏度可达到24;,最低检测限为0.97 ppm.对其气敏机理进行研究发现,CNT的加入,有利于提高该复合材料的导电性能和气体的传输能力.该复合材料具有3D结构和独特的化学组成有望在气敏器件、催化等领域得到广泛的应用.     

含氮多孔碳的制备及其电化学性能研究

以新颖的聚苯并噁嗪为前躯体制备得到含氮多孔碳.采用SEM、XRD、Raman、XPS、BET等测试方法对样品的形貌和结构进行表征并研究其电化学性能.结果表明,800℃下反应得到的含氮多孔碳(PC2-800)石墨化程度最高,其氮官能团主要为吡啶氮和吡咯氮,氧官能团主要为酚羟基和羧基.PC2-800属于微孔材料,比表面积达938.3344 m2·g-1.所有样品均表现出良好的电容特性,活化温度为800℃时比电容最大,1A·g-1下为236.3 F·g-1,这与其大的比表面积,高的石墨化程度,高含量的氮氧官能团密切相关.     

不同形貌Bi2WO6/CNOs复合材料的电化学性能研究

低污染、高能量的超级电容器是目前研究的重点.本文利用水热法合成了Bi2WO6/CNOs复合材料,并通过改变前驱体的pH值来调整复合材料的形态,在pH值为3和11的条件下合成了花状片层结构和块状结构的复合材料,并将其作为赝电容的电极材料.采用循环伏安法、恒电流充放电法和电化学阻抗法研究了制备的Bi2WO6/CNOs复合材料的电化学性能.结果表明,在电流密度为10 mA/cm2时,以1 mol/L KOH溶液为电解液的条件下,pH＝3时花状片层结构的Bi2WO6/CNOs复合材料的比电容为152.7 F/g,大于pH＝11时复合材料的比电容.这主要是由于CNOs能均匀分散在Bi2WO6 的片层之间,从而起到良好的支撑和电子传输作用.     

不同形貌MnO2的制备及其电化学性能

用化学共沉淀法和水热法制备了海胆型和纳米线型的Mn O2。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对电极材料的物相和形貌进行表征。采用电化学阻抗、循环伏安和恒电流充放电对其进行电化学性能测试。结果表明,采用相同材料不同制备方法得到的Mn O2具有不同的形貌。化学共沉淀法制备的海胆型Mn O2,其直径约为300~500 nm;水热法制备的纳米线型Mn O2,其直径约为10~30 nm,长度约为100~500 nm。两种形貌的Mn O2在6 mol·L-1KOH溶液中具有良好的电容特性,1 A·g-1的电流密度下,海胆型Mn O2的比电容为539 F·g-1;纳米线型Mn O2的比电容为375 F·g-1。经过1000圈的循环后,海胆型Mn O2仅损失了15%的比容量。     

以过期废药氨茶碱为碳源的氮掺杂碳负极的电化学储锂性能

通过高温热解碳化将过期废药氨茶碱以氮掺杂碳的形式进行回收;利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散光谱仪(EDX)及X射线光电子能谱(XPS)研究了其微观形貌与组成,并进一步利用恒流充/放电、循环伏安法(CV)及交流阻抗法(AC)测试其电化学储锂性能.令人满意的是,伴随着过期药品氨茶碱的碳化,其中的氮元素以原位掺杂的形式保留在碳材料中,所制备的碳电极在25 mA·g-1循环200圈时的可逆比容量仍能达到520.9 mAh·g-1;尤其是在大电流密度1 A·g-1循环200圈和2 A·g-1循环500圈时的可逆比容量仍分别稳定在203.5 mAh·g-1与84.8 mAh·g-1,表现出了良好的可逆电化学储锂性能.     

腐植酸钾一步炭化活化制备孔径可调的活性炭材料及其电化学性能

以腐植酸钾为碳源,乙酸钾(CH3COOK)、氢氧化钾(KOH)、碳酸钙(CaCO3)分别为活化剂,在800℃氮气气氛下碳化活化1h制备出了具备不同孔结构的三种活性炭材料.利用N2吸附-脱附分析、扫描电子显微镜(SEM)分析了所得活性炭材料的孔结构和微观形貌,并利用循环伏安(CV)和恒流充放电(GCD)测试方法评价了其作为超级电容器电极材料的电化学性能.结果表明:不同活化剂对活性炭材料的比表面积和孔径分布影响显著,而后者又进一步决定了炭材料的比电容特性.其中,尤其是直径小于1 nm的超微孔炭材料可以获得很高的比电容.在三种不同结构的活性炭中,以CH3COOK为活化剂制备的活性炭具有最优的电化学性能,其比表面积约为1100m2/g,孔径集中在0.4 ～0.6 nm;在2 mol/L KOH电解液中,电流密度为0.1 A/g时比电容高达270 F/g;经3000次充放电循环后,该材料的比电容保持率仍超过87;,是一种性能较为理想的超级电容器用电极材料.     

制备条件对Ni(OH)2晶相的影响

采用超声波辅助沉淀法在不同条件下制备了多组纳米氢氧化镍,用X射线衍射仪对样品晶相结构进行了测试分析.结果表明,反应条件如镍源、掺杂元素、缓冲剂、制备方法都对Ni(OH)2晶相有较大影响.镍源或缓冲剂较大的阴离子半径有助于α-Ni(OH)2的形成;二元掺杂比单元掺杂时其产物α-Ni(OH)2比例高;掺杂离子的种类、半径、价态都直接影响Ni(OH)2的晶相.本文还对微乳液法和超声波辅助沉淀法制备的样品进行了对比分析.