石墨烯/还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及在超级电容器中的应用

本研究以低成本、易规模化的亲水性石墨烯/氧化石墨烯为前驱体,通过原位聚合的方法制备石墨烯/氧化石墨烯/聚苯胺复合材料,经过化学还原后制备得到石墨烯/还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶红外变化光谱仪(FT-IR)对制备的材料进行了结构和形貌的表征.运用循环伏安法...     

纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合材料用于高性能超级电容器

以高浓度氧化石墨烯(GO)溶液作为反应前驱体,纳米纤维素(NC)作为物理间隔物和电解液储存器,通过简单的一步水热法制备了纳米纤维素/还原氧化石墨烯(NC/rGO)复合材料,并探究了其作为超级电容器电极材料的潜力。结果如下：NC添加量为1 mL所制备的NC/rGO-1具有最佳电化学性能。基于NC/rGO-1的无黏合剂对称型超级电容器在0.3 A·g^-1的电流密度下显示出了 269.33 F·g^-1和 350.13 F·cm^-3的高质量和体积比电容,并在 10.0 A·g^-1时仍能达到 215.88 F·g^-1和 280.62 F·cm^-3(其初始值的 80.15%)。组装器件还显示出了较高的质量和体积能量密度(9.3 Wh·kg^-1和 12.13 Wh·L^-1)和出色的循环性能(10 A·g^-1下10 000次循环后其初始比电容仅减少6.02%)。     

纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合材料用于高性能超级电容器

以高浓度氧化石墨烯(GO)溶液作为反应前驱体,纳米纤维素(NC)作为物理间隔物和电解液储存器,通过简单的一步水热法制备了纳米纤维素/还原氧化石墨烯(NC/rGO)复合材料,并探究了其作为超级电容器电极材料的潜力。结果如下：NC添加量为1 mL所制备的NC/rGO-1具有最佳电化学性能。基于NC/rGO-1的无黏合剂对称型超级电容器在0.3 A·g^-1的电流密度下显示出了269.33 F·g^-1和350.13 F·cm^-3的高质量和体积比电容,并在10.0 A·g^-1时仍能达到215.88 F·g^-1和280.62 F·cm^-3(其初始值的80.15%)。组装器件还显示出了较高的质量和体积能量密度(9.3 Wh·kg^-1和12.13 Wh·L^-1)和出色的循环性能(10 A·g^-1下10 000次循环后其初始比电容仅减少6.02%)。     

同构MOFs复合氧化石墨烯电极材料构筑高性能超级电容器

在水热条件下一步自组装合成系列同构X-MOF （X₆O （TATB）₄（H⁺）₂·（H₂O）₈·（DMF）₂,X=Zn、Co、Ni; H₃TATB=4,4'',4″-s-triazine-2,4,6-triyl-tribenzoic acid; DMF=N,N-二甲基甲酰胺）和氧化石墨烯（GO）的复合材料（X-MOF@GO）,并探究其作为超级电容器电极材料的电化学性能。通过X射线粉末衍射、X射线光电子能谱和扫描电子显微镜测试证明GO和MOFs复合成功。其中,性能最优的Ni-MOFs@1.5GO （GO的添加量为1.5 mL）的比电容高达694.8 F·g^-1（0.5 A·g^-1）,约是Ni-MOF的2倍。电化学测试结果表明：复合材料X-MOF@1.0GO较其原MOF表现出更大的比电容和更好的倍率性能。在3.5 A·g^-1的电流密度下,1 000次循环充放电后,Ni-MOFs@1.0GO仍保持初始比电容量的81.2%。与活性炭（AC）组装的非对称超级电容器Ni-MOF@1.5GO//AC的性能最优,其功率密度为754.3 W·kg^-1时,能量密度为15.4 Wh·kg^-1,且循环3 000次后比电容保持率约为70.0%,显示出较长的循环寿命。     

影响热还原氧化石墨烯超级电容器性能的因素比较

通过改进的Hummer法制得氧化石墨烯,并在不同温度的氩气气氛中还原得到一系列热还原氧化石墨烯（T-RGO）. 电化学测试表明,T-RGO作为超级电容器电极材料时,良好的导电性是必需的,但石墨烯表面含氧官能团对其电容性能的影响要远大于导电性和比表面积的影响,900 °C还原的T-RGO比表面积为314 m²·g^-1电导率为2421 S·m^-1,但其容量只有56 F·g^-1,然而300 °C还原的T-RGO比表面积为18.8 m²·g^-1电导率为574 S·m^-1,其容量却达到281 F·g^-1. 材料表征分析表明,300 °C 还原的石墨烯之所以有更高的电容,是因为除双电层电容外,更多的是由其表面含氧官能团提供的赝电容,这使作者以后在设计制备超级电容器等储能设备用石墨烯基电极材料时更加有针对性.     

过渡金属硫化物催化剂上SO2的还原

 对系列过渡金属硫化物催化剂上CO还原SO2的反应进行了研究．结果表明，FeS的催化性能最好，而MnS的催化性能最差，其他几种催化剂的活性顺序依次为CoS＞CuS＞NiS．催化剂的活性与硫化物自身的氧化还原能力、所具有的晶相结构及其同SO2的吸附键合作用力有密切的关系．在硫化物催化剂上，SO2还原的反应机理很可能是贫、富含硫化合物的交替作用机理．     

聚吡咯/氧化石墨烯层状复合材料的制备及其在超级电容器中的应用(英文)

通过将吡咯单体在低温下与氧化石墨烯进行原位聚合,获得聚吡咯/石墨烯(Ppy/CRGO)复合材料.采用场发射电子显微镜(FESEM)、红外(FT-IR)和热重分析(TGA)对复合物的表面形貌、结构进行表征.FESEM结果表明,通过控制氧化石墨烯(GO)和吡咯单体的质量比例,可以对复合物的层状和厚度进行调控.FT-IR和TGA结果表明,聚吡咯(Ppy)是通过化学键合的方式与氧化石墨烯复合在一起.通过机械冷压法将粉末状Ppy/CRGO复合物压成圆片电极,并探讨了石墨烯和聚吡咯复合比例、反应时间、烘干温度和孔隙率等因素对Ppy/CRGO复合物电极的电学和电化学性能的影响.结果表明,Ppy与CRGO质量比为10∶1所制得的Ppy/CRGO复合物的电容量为421 F·g-1,通过在电极中引入孔隙,电容量能进一步提升为509 F·g-1.     

三维多孔碳纳米管-还原氧化石墨烯复合气凝胶应用于高性能对称超级电容器

以羟基化的碳纳米管(CNT-OH)和自制的氧化石墨烯(GO)为原料,通过氧化还原自组装的水热合成策略制备了碳纳米管-还原氧化石墨烯(CNTs-rGO)三维气凝胶,并探究了水热温度对三维气凝胶的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构、形貌进行了表征,并对其进行电化学性能测试。其中,在140℃下合成的气凝胶CNTs-rGO展示了最佳的电化学性能,在1 A·g^-1电流密度下的比电容高达294.65 F·g^-1,循环伏安曲线在50 mV·s^-1扫速下的形状仍然近似于矩形,展示了良好的可逆性。将其作为正极和负极材料组装的对称超级电容器在功率密度为249.8 W·kg^-1时的最大能量密度为3.744 Wh·kg^-1,在1 A·g^-1下循环10 000次后,其电容保持率和库仑效率均约为100%。优异的电化学性能主要归因于CNTs-rGO复合材料疏松多孔的三维立体结构,这保证了离子的快速运输,同时CNTs和rGO的交联结构提高了电导率,充分发挥了CNTs和rGO的化学和电学性能。     

三维多孔碳纳米管-还原氧化石墨烯复合气凝胶应用于高性能对称超级电容器

以羟基化的碳纳米管(CNT-OH)和自制的氧化石墨烯(GO)为原料,通过氧化还原自组装的水热合成策略制备了碳纳米管-还原氧化石墨烯(CNTs-rGO)三维气凝胶,并探究了水热温度对三维气凝胶的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构、形貌进行了表征,并对其进行电化学性能测试。其中,在140℃下合成的气凝胶CNTs-rGO展示了最佳的电化学性能,在1 A·g^-1电流密度下的比电容高达294.65 F·g^-1,循环伏安曲线在50 mV·s^-1扫速下的形状仍然近似于矩形,展示了良好的可逆性。将其作为正极和负极材料组装的对称超级电容器在功率密度为249.8 W·kg^-1时的最大能量密度为3.744 Wh·kg^-1,在1 A·g^-1下循环10 000次后,其电容保持率和库仑效率均约为100%。优异的电化学性能主要归因于CNTs-rGO复合材料疏松多孔的三维立体结构,这保证了离子的快速运输,同时CNTs和rGO的交联结构提高了电导率,充分发挥了CNTs和rGO的化学和电学性能。     

高性能碳基与过渡金属化合物基超级电容器电极材料的研究进展

超级电容器因其在电动车和便携式设备上巨大的应用潜力而受到广泛关注. 电极材料是超级电容器的关键组成部分, 决定了超级电容器性能的好坏. 近来大量研究以碳材料和过渡金属化合物作为电极材料. 然而, 碳材料电容值极小与过渡金属化合物导电性和稳定性差, 极大地限制了它们在超级电容器中的应用. 本综述重点介绍了我们课题组近年来在设计、可控制备及优化碳材料与过渡金属氧/氮化物电容性能的相关研究工作, 并讨论了材料构效关系及其调控机理. 最后对碳材料和过渡金属化合物作为电极材料的日后研究进行了展望.     

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%.     

超级电容器用石墨烯/金属氧化物复合材料

超级电容器是一种具有高功率密度和长循环寿命的新型储能装置,碳材料、金属氧化物和导电聚合物是常见的三种超级电容器电极材料。在石墨烯/金属氧化物复合材料中,石墨烯和金属氧化物可以发挥各自的优点,结合石墨烯优异的循环稳定性能和金属氧化物的高容量特性,纳米复合材料的综合性能可以得到很大地提升。因此,石墨烯/金属氧化物复合物的研究是超级电容器领域的热点研究方向之一。本文以金属氧化物的种类、石墨烯的结构和复合物的制备方法为线索,综述了国内外应用于超级电容器方面的石墨烯/金属氧化物复合材料的研究进展,归纳总结出与石墨烯复合最优的金属氧化物类型和制备方法,并进一步对该类复合材料的发展趋势进行了展望。     

二维过渡金属硫族化合物在超级电容器中的研究进展

近年来, 过渡金属硫族化合物(TMDs)作为一种新兴的二维材料, 因其独特的层状结构及电学特性成为超级电容器电极材料的理想候选者之一. 本文介绍了二维TMDs的常用合成方法, 阐述了钼基、 钨基和钒基等TMDs在超级电容器中的研究进展, 分析了形貌、 尺寸和改性方法等因素对TMDs材料电化学性能的影响, 并对TMDs在超级电容器领域的工业化应用和挑战进行了总结与展望.     

还原态氧化石墨烯的制备及其对重金属离子的吸附性能

通过乙二胺（EDA）对氧化石墨烯（GO）进行还原制备了还原态氧化石墨烯（RGO）,利用红外光谱、拉曼光谱、热重分析和扫描电子显微镜等技术对制得的RGO进行了表征。 考察了RGO复合材料在静态吸附条件下对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)金属离子的吸附性能。 结果表明,该吸附材料对上述4种重金属离子在25 ℃时的静态饱和吸附量分别为396.6、115.3、54.2和38.6 mg/g。 吸附于RGO上的Pb(Ⅱ)可用0.05 mol/L HCl溶液进行洗脱,再生后的RGO重复使用3次时吸附量能达到首次吸附量的85%。     

Octahedral Cuprous Oxide Decorated Flexible Reduced Graphene Oxide Paper for Food Sensing Application

This work presents a simple method to fabricate an octahedral cuprous oxide (Cu₂O) decorated two-dimensional (2D) flexible rGOP electrode with filtration and electrodeposition strategies. The characteristic of the Cu₂O/rGOP electrodes was recorded by SEM, EDX, XPS, XRD, and Raman spectroscopy. The results clearly showed that Cu₂O was successfully electrodeposited on the surface of rGOP by controlling the electrodeposition potential without the introduction of any template or surfactant. The electrochemical characterizations of the Cu₂O/rGOP exhibited high electrocatalytic activity toward the reduction of H₂O₂. The linear detection range for the Cu₂O/rGOP flexible sensor was 5.0 μM to 5.5 mM, with a limit of detection of 1.27 μΜ. Subsequently, the developed flexible rGOP sensor was extended for H₂O₂ detection in milk samples for avoiding milk spoilage_. Such judicial preparation of rGOP as a sensing device will certainly pave the way for various other sensing applications including environmental and biomedical applications.     

氧化石墨烯水热还原前后的发光光谱

分别采用改进Hummers方法和水热还原法制备了氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(RGO)。 GO和RGO经透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、红外光谱(IR)、荧光发射和激发光谱(PL、PLE)等技术手段进行了表征。 荧光发射光谱显示,氧化石墨烯(GO)在可见光的激发下可以得到波长在600~800 nm范围内的宽谱近红外荧光。 通过比较氧化石墨烯水热还原前后的光谱变化,发现氧化石墨烯近红外荧光起源于氧化石墨烯的表面含氧基团,如C=O、COOH。 近红外荧光穿透性好、对生物组织损坏小,非常适合于生物成像,预示着氧化石墨烯在生物成像方面的应用潜力。     

Electrochemical Sensor for Sensitive Determination of Capsaicin Using Pd Decorated Reduced Graphene Oxide

In this work, the reduced graphene oxide functionalized with poly dimethyl diallyl ammonium chloride (PDDA) modified palladium nanoparticles (PDDA‐rGO/Pd) had been facile synthesized and used as the sensing layer for sensitive determination of capsaicin. The prepared composite was characterized by transmission electron microscopy, UV‐visible absorption spectroscopy. The image demonstrated that Pd nanoparticles were uniformly distributed on the graphene surface. The electrochemical properties of the prepared sensor were investigated by cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The results showed that the nanocomposite exhibits attractive electrocatalytic activity towards the oxidation of capsaicin. This attributed to the synergistic action of the excellent properties of Pd nanoparticles and graphene nanosheets. Under optimized conditions, the electrochemical sensor possessed a dynamic linear range from 0.32 μM to 64 μM with a detection limit of 0.10 μM (S/N=3) for capsaicin detection. Moreover, the cost‐effective and simple fabrication procedure, good reproducibility and stability as well as acceptable accuracy for capsaicin determination in actual samples are also the main advantages of this method, which might have broad application in other amide alkaloid detection.     

无定型钼硫化物/还原氧化石墨烯的辐射合成及其电催化析氢性能

钼硫化物被认为是一种高效的电催化析氢反应的催化剂,因此其合成方法受到了广泛的研究和关注。本文以四硫代钼酸铵和氧化石墨为前驱体,利用γ射线对其辐照还原,一步法制备了钼硫化物/还原氧化石墨烯(Mo S_x/RGO)复合材料。通过X射线光电子能谱、X射线衍射、透射电子显微镜、Raman光谱等表征手段确认复合材料中的Mo Sx为无定型结构,且氧化石墨烯得到了有效的还原。同时系统研究了吸收剂量、前驱体配比对复合材料作为析氢反应催化剂性能的影响。结果发现,Mo Sx/RGO复合材料具有优异的催化性能,其催化起始电压为110 m V,在电流密度为10 m A·cm~(-2)时过电势仅为160 m V,Tafel斜率为46 m V·dec~(-1),说明该催化剂催化析氢机理为Volmer-Heyrovesy机理。此外,Mo Sx/RGO复合材料还具有良好的催化稳定性。     

Hybrid Transition-Metal Oxide and Nitride@N-Doped Reduced Graphene Oxide Electrodes for High-Performance,Flexible, and All-Solid-State Supercapacitors

Nanoscale composites for high-performance electrodes employed in flexible, all-solid-state supercapacitors are being developed. A series of binder-free composites, each consisting of a transition bimetal oxide, a metal oxide, and a metal nitride grown on N-doped reduced graphene oxide (rGO)-wrapped nickel foam are obtained by using a universal strategy. Three different transition metals, Co, Mo, and Fe, are separately compounded with nickel ions, which originate from the nickel foam, to form three composites, NiCoO₂@Co₃O₄@Co₂N, NiMoO₄@MoO₃@Mo₂N, and NiFe₂O₄@Fe₃O₄@Fe₂N, respectively. These as-prepared active materials have similar regular variation patterns in their properties, including better conductivity and battery-mimicking pseudocapacitance, which result in their high whole-electrode capacitance performance [2598.3 F g⁻¹ (39.85 F cm⁻²), 3472.6 F g⁻¹ (41.43 F cm⁻²) and 1907.5 F g⁻¹ (3.41 F cm⁻²) for the composites incorporating Co, Mo, and Fe, respectively]. The as-assembled flexible, all-solid-state NiCoO₂@Co₃O₄@Co₂N//KOH/PVA//NiCoO₂@Co₃O₄@Co₂N device can be easily bent and exhibits high energy density and power density of 92.8 Wh kg⁻¹ and 1670.4 W kg⁻¹, respectively. The universality of this design strategy could allow it to be employed in producing hybrid materials for high-performance energy-storage devices.