CoO纳米颗粒/石墨烯纳米纤维复合材料的制备及电化学性能

用石墨烯和Co(CH₃COO)₂·4H₂O作为原料,利用超声辅助法合成了锂离子电池的负极材料CoO纳米颗粒/中空石墨烯纳米纤维复合物.采用X射线衍射(XRD)确定材料的物相组成,采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察材料的表面形貌和微观结构,采用X射线光电子能谱(XPS)确定材料的价态结构.采用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗谱表征材料的电化学性能.结果显示,在100 mA/g的电流密度下,循环了160次后,可逆容量仍超过800 mA/g,库仑效率保持在99%以上.该材料优异的电化学性能主要归因于石墨烯的中空纤维结构,中空内部可以容纳电解液,能直接将离子输送到颗粒表面,实现了离子的快速传输;二维中空纤维搭建成三维网络结构,实现了三维电子传导网络.     

石墨烯/多孔纳米硅负极的电化学性能

采用酸浸蚀Al-Si合金的方法制备了多孔纳米Si,并用其制作以石墨烯为导电材料的石墨烯/多孔纳米Si负极. SEM和TEM的分析表明两者混合均匀. 作为锂离子电池的负极,该电极在1 mol•L^-1 LiPF₆/EC(碳酸乙烯酯):DMC(碳酸二甲酯) = 1:1(by volume) + 1.5%(by mass)VC(碳酸亚乙烯酯)溶液中、0.5 A•g^-1电流密度下,第120周循环的放电比容量为1842.6 mAh•g^-1,充放电效率为98.6%. 石墨烯的加入不仅提高了电极的导电性,而且减缓了充放电过程中电极多孔纳米结构的衰变.     

负极材料NiO的制备及电化学性能

以Ni(NO₃)₂·6H₂O和NaOH为原料,采用水热法合成了锂离子电池负极材料NiO。通过TG-DSC分析，确定了合成过程的反应机理。通过XRD、SEM和恒流充放电测试,研究了NiO样品的结构、形貌及电化学性能。400 ℃焙烧得到立方结构的NiO产品，以0.10 mA·cm^-2充放电,首次放电比容量达到1 151 mAh·g^-1，经过20次循环后的比容量仍为776 mAh·g^-1。     

锗酸锌纳米棒@石墨烯复合负极材料的制备及储锂性质

以二氧化锗和二水合醋酸锌为原料,采用水热法制备了锗酸锌纳米棒,并将其与氧化石墨烯复合,制备了石墨烯包覆的锗酸锌纳米棒三维复合材料. SEM等测试表明,锗酸锌纳米棒均匀地穿插在石墨烯片中,阻止了石墨烯片之间相互堆垛,而石墨烯片层之间相互连接,形成三维的空间导电网络,提高了材料的电子导电性.电化学测试表明,石墨烯片作为稳定的框架,能够有效缓冲活性物质在脱嵌锂过程中产生的体积变化,在500 mA·g^-1电流密度下循环190次后, Zn₂GeO₄@RGO复合材料的嵌锂容量仍有1189.5 mAh·g^-1;在3.2 A·g^-1的大电流密度下,嵌锂容量达到449.5mAh·g^-1,表明该复合材料具有优异的长循环稳定性和良好的倍率性能.     

大尺寸石墨烯量子点组装体的制备及电化学发光性能

对氧化石墨烯纳米材料进行HNO₃氧化处理, 制备了水溶性好且具有强电化学发光(ECL)活性的大尺寸石墨烯量子点组装体(Large-sized graphene quantum dot assemblies, LSGQD-NAs). 利用透射电子显微镜(TEM)、 原子力显微镜(AFM)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)等方法对其进行了表征, 结果表明, 石墨烯量子点组装体的平均高度为20 nm, 且富含大量的羟基和羧基. 电化学测试结果显示, 在共反应物K₂S₂O₈存在下, LSGQD-NAs在阴极产生很强的ECL(峰值约在685 nm); 并推测了其ECL反应机理, 发现LSGQD-NAs容易通过中心未氧化的石墨烯π-π作用于GC电极表面进行组装修饰. 本研究为基于石墨烯量子点ECL传感器的研究提供了新方法.     

锂离子电池负极材料铜锌锡硫纳米颗粒的制备及其电化学性能

以金属氯化物为金属源,硫脲为硫源,聚乙二醇和乙二醇为混合溶剂,采用溶剂热法一步合成了球形的铜锌锡硫纳米颗粒.利用X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析了铜锌锡硫纳米颗粒的物相、结构、形貌;利用电池测试系统对以铜锌锡硫纳米颗粒为锂离子电池负极材料组装的锂离子电池的电化学性能进行了测试.结果表明:所得到的产物为具有锌黄锡矿结构的纯相铜锌锡硫,颗粒直径在300～500nm.铜锌锡硫纳米颗粒作为锂离子电池的负极材料具有较好的稳定性,有望在锂离子电池研究和应用中得到推广.     

WO_3纳米棒/石墨烯复合材料的制备及电化学储锂性能

以氯化钨和氧化石墨烯(GO)为原料,乙醇为溶剂,一步合成了WO3纳米棒/石墨烯纳米复合材料(WO3/RGO).将WO3/RGO纳米复合材料用于锂离子电池负极,并通过充放电测试、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)技术综合考察了该材料的储锂性能.结果显示,在0.1C(1C=638 mA?g-1)倍率下,复合物的首次放电比容量达到761.4 mAh?g-1,100次循环后可逆容量仍保持在635 mAh?g-1,保持率为83.4%.即使在5C倍率下容量仍高达460 mAh?g-1.由此说明,WO3/RGO纳米复合物具有优异的循环稳定性及倍率性能,可望用于高性能锂离子电池.     

功率型锂离子电池负极材料TiO2/石墨烯的制备及其电化学性能研究

采用无表面活性剂回流法制备了蜂窝状TiO2/石墨烯(GNs)复合材料.扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)表征结果表明,TiO2颗粒约5～10 nm,均匀地分散在石墨烯的表面.锂电池测试显示,1C充电容量稳定在240.1 mAh.g-1;30C充电容量为169.5 mAh.g-1;当电流调回1C时,其充电容量仍可完全恢复(241.7 mAh.g-1);10C 300周期循环电极容量保持率为89.8%.     

氮掺杂石墨烯量子点/钯纳米复合材料的研究

铂基催化剂因具有高催化活性、高稳定性而成为极其重要的能源转化催化剂。本文采用水热法合成氮掺杂石墨烯量子点支撑的钯纳米复合材料(Pd@N-GQDs),并将其用于碱性介质中甲醇的电催化氧化反应。实验结果表明,相比同类型材料钯负载于石墨烯纳米片(Pd@GS)、钯负载于石墨烯量子点(Pd@GQDs)和商业钯黑催化剂(Pd@C),Pd@N-GQDs纳米材料具有很高的催化活性和稳定性,并可减少催化剂材料中贵金属的使用量。     

硅镍纳米颗粒的氢电弧等离子体制备及电化学性能研究

采用氢电弧等离子体方法成功地合成了硅镍合金纳米颗粒， 分别用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和能谱分析(EDS)的方法对其形貌、晶体结构和元素化学成分进行了表征，结果显示得到的纳米颗粒由Si和Si₂Ni两相组成。电化学测量的结果表明，在锂嵌入硅镍纳米颗粒的过程中，硅充当活性中心，形成了非晶态的Li_xSi合金，并且在以后的循环中一直保持非晶状态，而其中的Si₂Ni作为惰性成分，不与Li反应，而是充当缓冲基体及导电剂的作用。硅镍合金纳米颗粒的可逆容量达1 304 mAh·g^-1，并且循环性能明显优于纯硅材料。硅镍合金纳米颗粒与石墨组成的复合材料，不但具有较高的可逆比容量，而且有较好的循环稳定性，20次循环后比容量仍为518 mAh·g^-1，容量保持率为86％,是有希望的锂离子电池负极材料。     

锂离子电池Si@void@C复合材料的制备及其电化学性能

以纳米Si颗粒为核心,正硅酸四乙酯（TEOS）为SiO₂源,采用Stober法在Si表面包覆一层SiO₂,再以多巴胺为碳源,通过碳化处理将SiO₂表面的聚多巴胺层转化成碳层。最后,用HF刻蚀SiO₂并留下空隙,得到Si@void@C复合纳米颗粒。利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和恒流充放电测试对材料的物相、微观形貌和电化学性能进行表征。结果表明,在0.1 A·g^-1电流密度下,Si@void@C负极材料充放电循环100次后充电比容量仍然有1 319.5 mAh·g^-1,容量保持率为78.4%,表现出优异的电化学性能。     

锂离子电池Si@void@C复合材料的制备及其电化学性能

以纳米Si颗粒为核心,正硅酸四乙酯(TEOS)为SiO_2源,采用Stober法在Si表面包覆一层SiO_2,再以多巴胺为碳源,通过碳化处理将SiO_2表面的聚多巴胺层转化成碳层。最后,用HF刻蚀SiO_2并留下空隙,得到Si@void@C复合纳米颗粒。利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和恒流充放电测试对材料的物相、微观形貌和电化学性能进行表征。结果表明,在0.1 A·g~(-1)电流密度下,Si@void@C负极材料充放电循环100次后充电比容量仍然有1 319.5 mAh·g~(-1),容量保持率为78.4%,表现出优异的电化学性能。     

Synthesis and Electrochemical Performance of Electrostatic Self-Assembled Nano-Silicon@N-Doped Reduced Graphene Oxide/Carbon Nanofibers Composite as Anode Material for Lithium-Ion Batteries

Silicon-carbon nanocomposite materials are widely adopted in the anode of lithium-ion batteries (LIB). However, the lithium ion (Li⁺) transportation is hampered due to the significant accumulation of silicon nanoparticles (Si) and the change in their volume, which leads to decreased battery performance. In an attempt to optimize the electrode structure, we report on a self-assembly synthesis of silicon nanoparticles@nitrogen-doped reduced graphene oxide/carbon nanofiber (Si@N-doped rGO/CNF) composites as potential high-performance anodes for LIB through electrostatic attraction. A large number of vacancies or defects on the graphite plane are generated by N atoms, thus providing transmission channels for Li⁺ and improving the conductivity of the electrode. CNF can maintain the stability of the electrode structure and prevent Si from falling off the electrode. The three-dimensional composite structure of Si, N-doped rGO, and CNF can effectively buffer the volume changes of Si, form a stable solid electrolyte interface (SEI), and shorten the transmission distance of Li⁺ and the electrons, while also providing high conductivity and mechanical stability to the electrode. The Si@N-doped rGO/CNF electrode outperforms the Si@N-doped rGO and Si/rGO/CNF electrodes in cycle performance and rate capability, with a reversible specific capacity reaching 1276.8 mAh/g after 100 cycles and a Coulomb efficiency of 99%.     

Fe3O4/Graphene Composite Anode Material for Fast-Charging Li-Ion Batteries

Composite anode material based on Fe₃O₄ and reduced graphene oxide is prepared by base-catalysed co-precipitation and sonochemical dispersion. Structural and morphological characterizations demonstrate an effective and homogeneous embedding of Fe₃O₄ nanoparticles in the carbonaceous matrix. Electrochemical characterization highlights specific capacities higher than 1000 mAh g⁻¹ at 1C, while a capacity of 980 mAhg⁻¹ is retained at 4C, with outstanding cycling stability. These results demonstrate a synergistic effect by nanosize morphology of Fe₃O₄ and inter-particle conductivity of graphene nanosheets, which also contribute to enhancing the mechanical and cycling stability of the electrode. The outstanding capacity delivered at high rates suggests a possible application of the anode material for high-power systems.     

铁酸铜负极材料的微波合成和电化学性能

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板,硝酸铁和硝酸铜为起始物,采用一步微波法,再经过简单的热处理制备了CuFe₂O₄负极材料,采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)等测试技术表征材料的结构和形貌。 电化学测试表明,在100 mA/g电流密度,0.01~3.0 V电压条件下,材料的首周嵌脱锂比容量分别为1202.2和873.2 mA·h/g,循环50周后,嵌锂比容量仍保持在近650 mA·h/g,显示出优异的电化学性能。     

锰氧化物/碳氮三维网络结构复合材料的制备及锂电性能

通过硝酸锰和乙醇的水热反应在三聚氰胺泡棉(MF)上生成三氧化二锰颗粒,氮气下高温处理后形成锰氧化物负载碳氮三维网络结构的复合物。碳氮网络结构提高了充放电过程中材料结构的稳定性及导电性,且烧结过程中产生的孔道结构有利于锂离子传输,使得该复合材料作为负极在锂离子电池中表现出优异的充放电性能和循环稳定性。材料的比容量和循环稳定性大大提高,经500℃处理后的MnO/CNnws-500材料在160次循环后仍然保留590 m Ah·g~(-1)的比容量,达到氧化亚锰理论容量755 m Ah·g~(-1)的78%。     

Graphene Nanosheets and Quantum Dots: A Smart Material for Electrochemical Applications

A novel material for the electrochemical determination of endocrine disruptors using a composite based on graphene oxide modified with cadmium telluride quantum dots has been evaluated. The morphology, structure and electrochemical performance of the composite electrodes were characterised by transmission electron microscopy, dynamic light scattering, UV‐visible absorption spectra, fluorescence spectra, Raman spectra and cyclic voltammetry. The dynamic light scattering, transmission electronic microscopy and spectrophotometric measurements all showed good distribution of the quantum dots with a small particle size. The electrochemical measurements demonstrated the high performance of the composite response in the presence of a light source. Differential pulse voltammetry allowed the development of a method to determine 17β‐estradiol levels in the range from 0.2 to 4.0 μmol L ^?1 with a detection limit of 2.8 nmol L ^?1 (0.76 μg L ^?1).     

晶态Li12Si7锂离子电池负极材料的电化学性能研究

通过加热摩尔比为12:7的LiH/Si球磨混合物,避免了Li与Si之间巨大的熔点差异,成功制备了晶态Li₁₂Si₇合金,研究了其电化学性能和储锂机制. 发现Li₁₂Si₇在0.02 ~ 0.6 V的嵌脱锂过程中,只发生晶胞体积的变化,而不产生相变,呈现出明显的固溶储锂机制. 该固溶储锂机制的存在,有效抑制了Si基负极材料嵌脱锂过程中由于相变导致的体积效应,使得晶态Li₁₂Si₇在0.02 ~ 0.6 V电压范围内具有显著改善的电化学性能,其首次库伦效率高达100%,30次循环后的可逆容量保持率约为74%,分别优于相同条件下原始Si电极的55%和37%.     

锂离子电池负极硅-热解碳-石墨复合材料的制备及性能

以沥青为碳前驱物,通过加热分解法制备了具有不同热解碳含量的硅-热解碳-石墨复合材料,并测试及分析了材料的形貌、结构及电化学性能。结果表明,沥青质量在320～560℃的温度区间内迅速减小,沥青质量的减小是由于氢元素的去除。经过高温分解制得的热解碳与沥青的质量比率为65%。在硅-热解碳-石墨复合材料中,硅颗粒分散在石墨表面,热解碳覆盖在硅颗粒表面,热解碳增强了硅颗粒与石墨间的界面结合力。适当含量的热解碳增大了复合材料的放电比容量且改善了循环稳定性;过量的热解碳不能进一步提升复合材料的放电容量。