电化学法制备石墨烯基复合材料及其在超级电容器中的研究进展

石墨烯及其复合材料作为一种新型功能材料在能量存储领域受到广泛的关注。电化学制备技术相比于其他的制备手段具有安全、高效、绿色的优点。本文综述了电化学法制备石墨烯/纳米金属复合材料、石墨烯/金属氧化物(氢氧化物)复合材料、石墨烯/聚合物复合材料等的研究进展及其在超级电容器上的应用,以期为电化学制备石墨烯及其复合材料在超电领域的研究提供参考。     

NiTe电极材料的制备及其在超级电容器中的应用

采用二氧化碲(TeO2)为碲源,泡沫镍作为镍源及基底,水合肼(N2H4· H2O)为还原剂,利用一步水热法原位生长片状NiTe材料.将制得的NiTe作为超级电容器的电极材料,研究了水热温度对产物的微观形貌及电化学性能的影响规律,结果表明:当水热温度为180 ℃时,所制得的NiTe为均匀的片状结构,在三电极体系下获得的NiTe电极最大的质量比电容为603.6 F· g-1.利用 NiTe和AC 分别作为正极和负极,制备了非对称超级电容器(ASC).NiTe//AC ASC可以将电位窗口扩展到1.6 V,最大的能量密度和功率密度分别为25.8 Wh· kg-1和3994 W· kg-1.ASC显示出良好的循环稳定性,5000次循环之后保持了初始电容的83.3;.     

Co2 O3/石墨烯复合材料的结构及电化学性能研究

采用CoCl3·(H2 O)6作为钴源通过化学反应制备了Co2 O3,并用水热法制备了Co2 O3/石墨烯的复合材料.利用XRD、Raman、SEM对其进行结构表征.结果表明:制备样品结晶完整,能够体现相应物相的XRD特征峰值;并且样品的Raman图样不但体现出Co2 O3的特征谱峰,而且在能够体现石墨烯单层结构分离度好的2D峰处也表现出优异的特性.样品微观组织观察发现Co2 O3呈棒状短柱状嵌入或平布在石墨烯基底上.电化学测试表明:复合材料电化学性能优良,在50 mV/s的扫描速率下质量比电容达到了240 F/g.     

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.     

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;.     

氧化石墨烯/二氧化硅复合材料的制备及其在吸附领域应用研究进展

近十年来,氧化石墨烯(GO)基复合材料日益引起研究者的广泛兴趣,而氧化石墨烯和二氧化硅的复合材料是其中的一个研究热点.本文介绍了氧化石墨烯/二氧化硅(GO/SiO2)复合材料的制备及其在吸附领域的应用.其制备方法包括非共价键法和共价键法,在非共价键法中,包括阳离子表面活性剂法和二氧化硅表面改性法;在共价键法中,包括形成酰胺键(-CO-NH-)、硅酯键(-COOSi-)、碳氧硅键(-C-O-Si-).吸附领域的应用包括对重金属离子、有机物的吸附.最后,我们对氧化石墨烯/二氧化硅复合材料将来的发展进行了展望.     

超级电容器用MnO2基复合电极材料研究现状与展望

超级电容器因其功率密度高、环保性能优异等特点引起人们的兴趣.二氧化锰具有天然含量丰富、绿色环保、高比容量和晶体结构多样性等优点,是一种优良的电极材料.但二氧化锰的导电性能差,工作过程中结构不稳定等缺点严重影响了其电化学性能.本文对本课题组和国内外学者多年来对MnO2应用金属掺杂、硫化物、碳材料、导电聚合物复合、微观结构改性构建核壳结构等研究成果进行总结概括,并展望今后的工作研究方向和重点.     

熔盐法制备亚微米Co3O4超级电容器电极材料

以Co(NO3)2·6H2O为原料,在280 ℃下,采用简单的熔盐法合成了亚微米Co3O4.运用X射线衍射(XRD),扫描电子显微境(SEM)对产物的相结构和形貌进行了分析.通过循环伏安法和恒电流充放电法测试了亚微米Co3O4电化学性能.电化学测试结果表明:在6 mol/L KOH溶液中,保温时间为3h时,Co3O4亚微米颗粒的比电容最高,在0.4 A/g充放电电流密度下放电比电容为187 F/g,并且在1 A/g电流密度下循环1000次后比电容保持首次电容的51.4;.     

氢氧化镍/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其电化学性能

以六水合硝酸镍和氧化石墨烯为原料,多孔泡沫镍为基底,尿素为沉淀剂,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为分散剂,采用简单的一步水热还原法,制备Ni(OH)₂/RGO复合电极材料。对制备得到的Ni(OH)₂/RGO电极材料进行形貌结构表征,并通过循环伏安(CV)和恒电流充放电(GCD)测试研究了材料的电化学性能。通过X射线衍射(XRD)分析确定了Ni(OH)₂和Ni(OH)₂/RGO的晶型,SEM结果表明,丝绸状还原氧化石墨烯片有效且均匀地分布在Ni(OH)₂层的表面,在水热过程中Ni(OH)₂片原位生长在泡沫镍上,形成三维多孔多层多样化结构。与纯Ni(OH)₂相比,1 A/g下纯Ni(OH)₂的比电容为1 930 F/g,而Ni(OH)₂/RGO比电容高达2 508 F/g。这些结果表明Ni(OH)₂/RGO是一种很有前途的超级电容器电极候选材料。     

通用法制备石墨烯/硫化铜微米花和石墨烯/硫化亚锡 微米花及在水污染处理中的应用

以L-组氨酸辅助和微波加热相结合,得到了石墨烯/硫化铜微米花和石墨烯/硫化亚锡微米花的通用制备技术.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射分析(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X光电子能谱(XPS)等手段对样品进行了形貌观察和物相分析,并阐明了获得石墨烯/硫化铜花瓣和石墨烯/硫化亚锡花瓣的形成机理.对其光催化性能的研究结果表明,在可见光照射下,石墨烯/硫化铜花瓣和石墨烯/硫化亚锡花瓣能够降解溶液中83.5;(40 min内)和90.4;(50 min内)的甲基橙,表现出优异的可见光催化效果.     

海洋防腐用氧化石墨烯/聚苯胺/二氧化钛的制备

以氧化石墨烯为模板,在酒石酸的存在下合成了水性氧化石墨烯/聚苯胺/二氧化钛复合材料.通过TEM、SEM、XRD和IR等设备对材料进行了表征,并采用光降解和电化学手段研究了复合材料的光催化和防腐性能.结果表明,酒石酸掺杂苯胺单体在氧化石墨烯纳米片层表面聚合获得氧化石墨烯/聚苯胺(G/P)层状结构,纳米二氧化钛均匀分散在G/P前躯体表面,形成水性氧化石墨烯/聚苯胺/二氧化钛(G/P/T)层状复合材料.罗丹明B光降解试验表明,复合材料具有良好的光降解效果,提高了金属材料耐生物腐蚀性能;G/P/T改性的环氧树脂则有效地改善了铝合金的腐蚀状况,将铝合金的自腐蚀电流从10-5 A/cm2降低至约10-11 A/cm2.     

硅藻土/纳米氧化锌/氧化石墨烯复合光催化材料的制备及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶与负压负载法结合,以硝酸锌为前驱物,无水乙醇为溶剂,聚乙二醇为分散剂,硅藻土为载体,制备硅藻土/纳米氧化锌,并与Hummers法制得的氧化石墨烯进行复合,得到硅藻土/纳米氧化锌/氧化石墨烯复合光催化材料,通过SEM、XRD、BET、IR对样品进行了表征分析,研究了硅藻土/纳米氧化锌/氧化石墨烯复合光催化材料的结构、形貌、孔径分布情况,氧化石墨烯的引入对光催化性能的影响.结果表明:硅藻土对纳米氧化锌的负载,采用负压负载方法优于普通负载方法,氧化石墨烯的质量分数为5;时,硅藻土/纳米氧化锌/氧化石墨烯复合光催化材料的2 h的光降解率达到最大值88.7;,比同时间的纯纳米氧化锌高出63;,比硅藻土高出83.3;.     

水性氧化石墨烯/聚苯胺复合材料制备及其防腐性能研究

采用液相法制备了一种水性氧化石墨烯/聚苯胺复合材料.通过SEM、XRD等手段对复合材料进行了表征,并对制备的复合涂层进行电化学分析和理化性能测试.结果表明,在有机酸的存在下,苯胺单体以充分剥离的氧化石墨烯为成核生长位点,形成了分散良好的氧化石墨烯/聚苯胺复合材料,并保持了氧化石墨烯的层状结构.在复合涂层中,掺杂在聚苯胺分子骨架上的磺基水杨酸(SSA)或十二烷基苯磺酸(DBSA)与聚苯胺协同形成电化学保护作用,有效地将2A12铝合金的腐蚀电流最低降至2×10-7A/cm2左右.该涂层具有良好的强度、韧性和附着等力学性能,并且具有优良的耐盐雾、光照老化等物理稳定性.     

溶胶凝胶法制备氧化石墨烯/氧化铝复合材料

将不同配比的异丙醇铝(AlIP)和氧化石墨烯(GO)水分散液,通过溶胶凝胶法制备了氧化石墨烯/氧化铝复合材料.通过SEM和TEM分析,氧化石墨烯被纳米颗粒包裹.XRD分析显示纳米颗粒的成分是Al2O3,通过原子力显微镜(AFM)分析,纳米颗粒的平均粒径为50 nm.复合材料的生长机理是:首先GO和AlIP分子结合,AlIP水解后在GO表面生成AlOOH的小颗粒,随着反应的继续进行颗粒逐渐长大,通过高温处理,AlOOH转变为Al2O3.     

氨基酸/氧化石墨烯/羟基磷灰石复合材料在酸蚀人牙釉质体外再矿化中的应用

本文研究了甘氨酸(Gly)和氧化石墨烯(GO)复合改性羟基磷灰石(Gly/GO/HA),以及天冬氨酸(Asp)和GO复合改性羟基磷灰石(Asp/GO/HA)对酸蚀人牙釉质(HE)体外再矿化的影响。通过CCK-8法测定不同复合材料的细胞毒性,通过场发射扫描电镜、EDX能谱分析、X射线衍射和显微硬度测试,对再矿化前/后HE表面及剖面形貌、表面元素组成、表面成分结构和表面力学性能进行表征。结果表明:Gly/GO/HA和Asp/GO/HA均有良好的安全性和生物相容性,且均能使酸蚀HE得到一定的修复,其中Gly/GO/HA对酸蚀HE表面和深层脱矿的修复效果优于Asp/GO/HA。     

硅藻土/TiO2/氧化石墨烯复合材料的制备及其光催化性能研究

本文以硅藻土为载体,硫酸氧钛为前驱体,在硅藻土表面原位水解形成二氧化钛纳米颗粒,后经氧化石墨烯修饰改性,得到硅藻土/TiO2/氧化石墨烯三元复合光催化材料.通过SEM、XRD、XPS、IR对样品的晶体结构、形貌及元素形态等进行了表征,研究了复合催化剂对罗丹明B溶液的光催化降解性能.结果表明,硅藻土/TiO2/氧化石墨烯三元复合材料在2 h的光降解率高达99;,比同时间的硅藻土/TiO2二元复合材料高出10;,比硅藻土高出73;,硅藻土作为载体有效的避免了二氧化钛颗粒的团聚,同时氧化石墨烯的高导电性能有效分离光生载流子,从而提高TiO2的光催化活性和反应效率.     

氧化石墨烯/羟基磷灰石复合材料对酸蚀牛牙釉质体外再矿化的影响

考察不含氧化石墨烯(GO)的羟基磷灰石(HAP)和含GO质量分数为0.1;的氧化石墨烯/羟基磷灰石复合材料(GO/HAP)对酸蚀牛牙釉质体外再矿化的影响.通过场发射扫描电镜、EDX能谱、X射线衍射仪和维氏显微硬度测试仪,对再矿化前/后牛牙釉质表面和剖面形貌、表面元素、晶体结构和力学性能进行表征.结果 表明:GO/HAP复合材料在酸蚀牙釉质表面生成了结合力较弱的花状晶体,将这些晶体超声剥离后发现脱矿釉质表面和釉柱间隙均得到良好的修复.剖面形貌分析显示,GO/HAP复合材料使釉质深层脱矿得到良好修复,促进了牙釉质棱晶间大量微小晶粒的生成,以及脱矿釉柱间隙中有序排列晶体的生成.同时,经GO/HAP处理后,酸蚀牙釉质表面的Ca/P摩尔比和晶体成分均得到良好的恢复.     

六方短棒状ZnO/氧化石墨烯复合材料的制备及其光催化性能

以乙酸锌为锌源,NaOH溶液作为沉淀剂,采用水热法结晶得到六方短棒状ZnO颗粒.再以化学氧化法制备的氧化石墨烯为改性剂,在ZnO颗粒合成过程中加入不同量的氧化石墨烯(GO)分散液.在水热条件下ZnO颗粒与氧化石墨烯片发生自组装形成ZnO/GO复合材料.通过X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)与紫外-可见漫反射光谱(DRS)对样品的物相组成、显微形貌、官能团特征及光学性质进行表征.在紫外光和可见光照条件下,分别研究了ZnO及不同GO含量的ZnO/GO复合材料对亚甲基蓝(MB)的光催化降解活性.结果表明:合成的ZnO为六方短棒状形貌,且GO的加入量对样品的形貌产生较大影响,同时GO可以有效促进光生电子和空穴的分离,所得ZnO/GO复合材料在紫外光光照条件下对MB具有良好的光催化降解性能,而在可见光光照下光催化活性很低,从而推测ZnO极性面与非极性面的暴露比例对复合样品的光响应范围及其光催化性能产生重要影响.