低热固相法制备纳米MnO2/CNT超电容复合电极的循环稳定性

为了改善纳米MnO2超级电容器电极的充放电循环稳定性,以Mn(OAc)2·4H2O、NH4HCO3和碳纳米管(CNT)为原料,采用低热固相反应得到前驱体,再经焙烧和酸处理,制备了一系列CNT含量不同的纳米MnO2/CNT复合电极材料,并用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积测定方法对其进行了表征.XRD分析结果表明,复合材料中的MnO2为纳米γ-MnO2.研究了复合电极在1 mol·L-1 LiOH电解质中的电化学性能,并与不含CNT的纯纳米MnO2电极进行了比较.结果表明,含CNTs为10%(w,质最分数,下同)和20%的MnO2/CNT复合电极的循环稳定性远优于纯纳米MnO2电极的循环稳定性,其中含10%CNTs的MnO2/CNT复合电极不仪具有良好的循环稳定性,而且在1000 mA·g-1高倍率充放电条件下仍具有200 F·g-1的高比电容.     

水热法合成α-MnO2纳米棒及其电化学性能

以KMnO4、氧化石墨(GO)和硫酸为原料,在120℃水热条件下3 h成功合成了直径为10~20 nm,长度为300~400 nm的α-MnO2纳米棒。研究发现GO的引入降低了纳米棒的制备温度,缩短了反应时间。电化学测试结果表明,在1 mol.L-1Na2SO4中性水系电解液中,该纳米棒表现出良好的电容性能,当扫描速率分别为2 mV.s-1和5 mV.s-1时,比电容分别为276 F.g-1和240F.g-1;该纳米材料是一种潜在的电化学电容器电极材料。     

有序介孔碳负载NiCo2O4电极的制备及其超电容性能

以有序介孔碳(OMC)为载体,采用共沉淀法制备了OMC/NiCo2O4复合物.用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱和透射电镜(TEM)研究其结构与形貌,发现NiCo2O4纳米颗粒均匀地负载在有序介孔碳上.循环伏安和恒流充放电测试表明,NiCo2O4质量分数为40%时,在1A·g-1的电流密度下,复合物电极的比电容可以达到577.0F·g-1,电流密度为8A·g-1时,比电容可以达到470.8F·g-1,并具有良好的循环稳定性.在2A·g-1的电流密度下,经过2000次循环后,比电容还可达到508.4F·g-1,电容保持率为92.7%.     

Interface synthesis of mesoporous MnO2 and its electrochemical capacitive behaviors

Mesoporous MnO(2) has been synthesized by means of a novel, facile, and template-free method by virtue of a soft interface between CCl(4) and H(2)O without any surfactants or organometallic precursors or ligands. X-ray diffraction spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy analysis, scanning electron microscopy, and an ASAP2010 autoadsorption analyzer were applied to investigate the composition and microstructure of the as-synthesized MnO(2). The structure characterizations indicated a good mesoporous structure for as-prepared MnO(2) with an adsorption average pore diameter of 9.7 nm, mesoporous volume of 0.58 cm(3) g(-1), and Brunauer-Emmett-Teller specific surface area of 239 m(2) g(-1). Electrochemical properties of the mesoporous MnO(2) were elucidated by cyclic voltammograms, galvanostatic charge-discharge, and electrochemical impedance spectroscopy in 1 M Na(2)SO(4) electrolyte. Electrochemical data analysis demonstrated that as-synthesized MnO(2) had good capacitive behavior due to its unique mesoporous structure. A specific capacitance of ca. 220 F g(-1) could still be delivered for the mesoporous MnO(2) even at a scan rate of 100 mV s(-1).     

聚乙撑二氧噻吩/二氧化锰纳米复合物的界面聚合制备及其电化学性能

采用界面聚合法制备聚3,4-乙撑二氧噻吩/二氧化锰(PEDOT/MnO2)纳米复合物. 通过红外(IR)光谱、X射线衍射(XRD)、BET比表面积、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品进行表征. 结果表明, 产物是具有丰富的多孔孔道结构的无定型纳米材料, 孔径主要分布在5-25 nm范围内, 比表面积可达98 m2·g-1. 同时用循环伏安(CV)、恒流充放电和交流阻抗(EIS)等电化学测试表明, 在0.5 mol·L-1 Na2SO4溶液中, -0.2 - 0.8 V(vs SCE)的电化学窗口下, PEDOT/MnO2纳米复合物显示出良好的电化学性能, 当电流密度为0.5 A·g-1时, 所制备的PEDOT/MnO2单电极比容量达196.3 F·g-1, 500次循环后样品放电比容量保持90%左右.     

熔盐处理MnO_2及其超级电容性能研究

以KCl-NaCl-LiCl熔盐体系处理由固相法制备的MnO2,经XRD、循环伏安、恒流充放电和交流阻抗测试表明,合成的MnO2样品含α-MnO2与γ-MnO2混合晶相,熔盐处理后其结晶程度增加,而且超级电容性能明显提高,放电比容量(129.07 F.g-1)比处理前的(100.94 F.g-1)提高了27.88%.熔盐处理后的样品循环性能良好,充放电效率接近100%,等效串联电阻(RESR)和电极电阻(RE)分别为0.28Ω和0.54Ω.     

热处理对线团状二氧化锰结构及其电化学性质的影响

以氯化锰与高锰酸钾为原料, 在低浓度下大数量合成由无数片状纳米层组成的线团状二氧化锰粒子. 采用X衍射, 扫描电镜, 液氮等温吸附脱附、循环伏安、交流阻抗及恒流充放电等方法研究了温度对产物结构及电化学性质的影响. 结果表明处理温度升高, 微孔减少, 比表面积减小, 孔径变大, 在300 ℃以下二氧化锰粒子的结构保持无定型结构. 交流阻抗测试显示随着处理温度的升高, 样品的法拉第电荷传递能力和离子在电解液与活性材料界面的扩散能力均得到提高. 比电容测试显示在200 ℃处理的二氧化锰具有最高的比电容, 以1 mol·L^-1 Na₂SO₄为工作介质, 扫速为2 mV·s^-1时, 其比电容是210.6 F·g^-1. 该研究表明: 材料的电化学性质可以通过热处理进行调整, 适当的热处理能提高该材料作为超级电容器活性材料的性质.     

MnO2电沉积直立碳纳米管制备超级电容器的研究

以直立碳纳米管为基底,以pH=6.0的0.1mol/L Na2SO4 为底液,采用电化学沉积法在0.2 mol/L Mn(CH3COO)2溶液中制备了直立碳纳米管与二氧化锰复合材料。SEM测试结果表明复合材料表面呈现多孔状结构。通过循环伏安,恒流充放电,交流阻抗等电化学方法对复合材料修饰电极进行电容性质测试。实验结果表明,在1mol/L KCl 溶液中,0-0.6V(vs. 银/氯化银参比)电位窗口内此复合材料表现出优良的超电容性能。直立碳纳米管电极的比电容为16 F/g,在碳纳米管表面沉积上二氧化锰修饰层后,此复合材料电极的比电容增大至330 F/g,比电容量大幅提升近20倍。同时扫描200圈后,直立碳纳米管与二氧化锰复合材料的循环伏安曲线变化很小,说明其具有相当好的循环寿命和电容稳定性能。     

二氧化锰微米球制备及其于超级电容器的应用

利用KMnO4氧化MnCO3微米球前躯体制备MnO2微米球.X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安(CV)法等测试表明:该MnO2微米球由弱结晶α-MnO2构成,粒径为0.5~2μm.测试样品的MnO2微米球载量为5 mg.cm-2时,在2 mol.L-1(NH4)2SO4溶液中表现出良好的电容性能:其于2 mV.s-1的扫速下比电容达到了135.6 F.g-1;即使是100 mV.s-1的高扫速,比电容仍保持为118.8 F.g-1.500次循环过程中充放电效率保持在87.8%以上.第500次循环的比电容为110.5 F.g-1.     

不同工作介质下二氧化锰/膨胀石墨复合材料的电化学电容器行为

研究了氧化还原法制备二氧化锰/膨胀石墨复合材料用作电化学电容器, 利用热重分析、比表面及X射线衍射方法对材料的组成及结构进行了表征, 利用三电极循环伏安及充放电循环法研究了材料在硫酸钠、氯化钠、氯化钾及硝酸钾不同电解质中的电化学行为. 研究结果表明, 二氧化锰以非晶态的形式在复合材料中存在, 膨胀石墨起良好电导作用, 随其用量的增加, 复合材料的比表面下降, 但二氧化锰的比电容增加. 不同工作介质中电化学行为显示, 复合材料电化学行为的不同主要跟阳离子的种类有关. 在钠离子电解质中, 复合材料电极体现较高的表观电容和真实电容, 在钾盐电解质体系中, 复合材料电极的电流响应速度比较快, 这是由于钠盐和钾盐溶液具有不同的水合数、水合半径和电导率. 当复合材料中膨胀石墨的用量为24%左右时, 复合材料在2 mV/s扫描速度下, 在1 mol/L Na₂SO₄溶液中体现的比电容为220 F/g, 复合材料显示优良的循环性能.     

马铃薯淀粉基微孔炭微球的制备及其电化学性能

以存在广泛的生物质原料马铃薯淀粉为前驱体, 通过磷酸对淀粉分解的促进作用和KOH活化法制备微孔炭微球材料. 采用77 K条件下的N₂吸附、扫描电子显微镜(SEM)分别对所得样品的孔隙结构、形貌特征进行表征. 采用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱对磷酸促进淀粉分解的机理进行研究. 在6 mol·L^-1 KOH 电解质溶液中的电化学测试表明了所得微孔炭微球材料的优异电容特性. 在50 mA·g^-1的电流密度下, 电容量为363.6 F·g^-1. 此外, 该材料表现出了优异的倍率性能, 在扫描速率为300 mV·s^-1的条件下, 所得循环伏安(CV)曲线仍能保持良好的矩形形状. 电化学测试结果表明, 马铃薯淀粉基微孔炭微球材料在高性能电化学电容器的电极材料领域具有广阔的应用前景.     

MnO2/C复合材料的电化学电容特性研究

应用乙炔黑直接还原高锰酸钾制备MnO2/C复合材料.样品结构及性能由XRD和SEM表征.研究了MnO2/C电极(正极)在不同电解液中的法拉第"准电容行为",及其循环伏安、交流阻抗与恒电流充放电等性能.实验表明,MnO2/C复合材料具有良好的电化学电容特性.在1 mol/L的KOH电解液中和电流密度为5 mA/cm2下,MnO2/C复合材料的比电容量可达258 F/g,并表现出良好的循环性能.     

MnO_2/聚苯胺复合材料的电化学电容

以P123为模板剂,软模板法制备出纳米MnO2.酸性条件下引入苯胺并聚合,得到了MnO2/聚苯胺复合材料.X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR),扫描电子显微镜(SEM)表征观察样品的结构、形貌.循环伏安、交流阻抗、恒电流充放电等测试MnO2/聚苯胺电极的电化学性能.结果表明:引入苯胺改变了样品纳米MnO2的形貌.MnO2/聚苯胺电极比容量高达190.8F·g-1,500次循环电极比容量仅衰减4.7%,库仑效率均保持在97%以上.     

Mixed colloidal suspensions of reduced graphene oxide and layered metal oxide nanosheets: useful precursors for the porous nanocomposites and hybrid films of graphene/metal oxide

Homogeneously mixed colloidal suspensions of reduced graphene oxide, or RGO, and layered manganate nanosheets have been synthesized by a simple addition of the exfoliated colloid of RGO into that of layered MnO(2). The obtained mixed colloidal suspensions with the RGO/MnO(2) ratio of ≤0.3 show good colloidal stability without any phase separation and a negatively charged state with a zeta (ζ) potential of -30 to -40?mV. The flocculation of these mixed colloidal suspensions with lithium cations yields porous nanocomposites of Li/RGO-layered MnO(2) with high electrochemical activity and a markedly expanded surface area of around 70-100?m(2) g(-1). Relative to the Li/RGO and Li/layered MnO(2) nanocomposites (≈116 and ≈167?F?g(-1)), the obtained Li/RGO-layered MnO(2) nanocomposites deliver a larger capacitance of approximately 210?F?g(-1) with good cyclability of around 95-97?% up to the 1000th cycle, thus indicating the positive effect of hybridization on the electrode performances of RGO and lithium manganate. Also, an electrophoretic deposition of the mixed colloidal suspensions makes it possible to easily fabricate uniform hybrid films composed of graphene and manganese oxide. The obtained films show a distinct electrochemical activity and a homogeneous distribution of RGO and MnO(2). The present experimental findings clearly demonstrate that the utilization of the mixed colloidal suspensions as precursors provides a facile and universal methodology to synthesize various types of graphene/metal oxide hybrid materials.     

碳纳米管/聚苯胺/石墨烯复合纳米碳纸及其电化学电容行为

通过真空抽滤的方法制备碳纳米管纸,并对其进行循环伏安电化学氧化处理.以该电化学氧化处理的碳纳米管(CV-CNT)纸为基体,采用电化学聚合沉积聚苯胺(PANI),随后吸附石墨烯(GR),制备具有三明治夹心结构的碳纳米管/聚苯胺/石墨烯(CV-CNT/PANI/GR)复合纳米碳纸.该结构外层为GR,内层由PANI包裹的CNT形成网络骨架,充分发挥三者各自优势构建柔性电极材料.用场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱对其形貌与结构进行表征,并测试其电化学性能.研究发现:PANI呈纳米晶须状,并均匀包裹在CV-CNT表面;该复合碳纸具有良好的电容特性、大电流充放电特性以及良好的循环稳定性能.电流密度为0.5A·g-1时,比电容可达415F·g-1;20A·g-1时仍能保持106F·g-1的比电容.由于GR的保护作用,1000次循环之后较CV-CNT/PANI保持更高的有效比电容.该CV-CNT/PANI/GR复合碳纸展现出在高性能超级电容器柔性电极材料的潜在应用价值.     

Tin oxide (SnO2) nanoparticles/electrospun carbon nanofibers (CNFs) heterostructures: controlled fabrication and high capacitive behavior

Tin oxide (SnO(2))/carbon nanofibers (CNFs) heterostructures were fabricated by combining the versatility of the electrospinning technique and template-free solvent-thermal process. The results revealed that the SnO(2) nanostructures were successfully grown on the primary electrospun carbon nanofibers substrates. And, the coverage density of SnO(2) nanoparticles coating on the surface of the CNFs could be controlled by simply adjusting the mass ratio of CNFs to SnCl(4)·5H(2)O in the precursor during the solvent-thermal process for the fabrication of SnO(2)/CNFs heterostructures. The electrochemical performances of the SnO(2)/CNFs heterostructures as the electrode materials for supercapacitors were evaluated by cyclic voltammetry (CV) and galvanostatic charge-discharge measurement in 1 M H(2)SO(4) solution. At different scan rates, all the samples with different coverage densities of SnO(2) showed excellent capacitance behavior. And, the sample CS2 (the mass ratio of CNFs to SnCl(4)·5H(2)O reached 1:7) exhibited a maximum specific capacitance of 187 F/g at a scan rate of 20 mV/s. Moreover, after 1000 cycles, the specific capacitance retention of this sample was over 95%. The high capacitive behavior could be ascribed to the low resistance of SnO(2)/CNFs heterostructures and rapid transport of the electrolyte ions from bulk solution to the surface of SnO(2).     

MnO2-embedded-in-mesoporous-carbon-wall structure for use as electrochemical capacitors

We present an in situ reduction method to synthesize a novel structured MnO(2)/mesoporous carbon (MnC) composite. MnO(2) nanoparticles have been synthesized and embedded into the mesoporous carbon wall of CMK-3 materials by the redox reaction between permanganate ions and carbons. Thermogravimetric analysis (TG), X-ray photoelectron spectrum (XPS), X-ray diffraction (XRD), nitrogen sorption, transmission electron microscopy (TEM), and cyclic voltammetry were employed to characterize these composite materials. The results show that different MnO(2) contents could be introduced into the pores of CMK-3 treated with different concentrations of potassium permanganate aqueous solution, while retaining the ordered mesostructure and larger surface area. Increasing the MnO(2) content did not result in a decrease in pore size from the data of nitrogen sorption isotherms, indicating that MnO(2) nanoparticles are embedded in the pore wall, as evidenced by TEM observation. We obtained a large specific capacitance over 200 F/g for the MnC composite and 600 F/g for the MnO(2), and these materials have high electrochemical stability and high reversibility.     

同轴静电纺丝法制备TiN@MnO纤维及其电化学性能研究

本文以钛酸四丁酯和乙酰丙酮锰为起始原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂分别配制高分子溶液. 采用同轴静电纺丝法制备了TiN@MnO前驱体,并经氨气处理得到了具有芯-壳结构的TiN@MnO同轴纤维. 采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能量色散谱(EDX)和物理吸附仪分析、观察和表征TiN@MnO同轴结构纤维,其比表面积达16 m2?g-1. 循环伏安曲线测试(CV)表明,在20 mV?s-1倍率下,TiN@MnO同轴纤维电极比电容保持率为2 mV?s-1倍率下的81%,充分说明TiN和MnO两种组分的协同效应提高了电极的倍率性能.     

二氧化锰/球形活性炭复合材料在有机系超级电容器中的应用

以Mn(NO3)2和中间相炭微球基球形活性炭（MSAC）为原料,采用热分解的方法成功制备了一种新型超级电容器用MnO2/MSAC球形复合材料。 通过X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对比分析了该复合材料的结构和形貌,并采用循环伏安、恒流充放电、电化学阻抗（EIS）、循环充放电研究了电极的电化学性能。 结果表明,MnO2/MSAC球形复合物中的MnO2粒径为100~160 nm;在1 mol/L的LiPF6/(DMC+EC)（EC：乙烯碳酸酯;DMC：碳酸二甲酯) 有机电解液中MnO2/MSAC复合材料所组装的电容器的工作电压可达3.0 V,在0.002 A/cm2电流密度下,MnO2/MSAC球形复合材料的电容器和单纯MSAC材料的电容器的首次循环比容量分别为186和167 F/g,在循环过程中,MnO2/MSAC球形复合材料的电容器循环200次后充放电的库仑效率基本保持在95%以上。 此外,MnO2/MSAC球形复合材料的充放电曲线表现出典型的电容行为;循环伏安曲线也表现出良好矩型特征,同时具有较高的能量密度和良好的功率性能。     

活性炭二次活化对其电化学容量的影响

为进一步提高作为电化学超级电容器电极材料活性炭的电化学容量, 采用KOH作为二次活性剂, 将所得活性炭进行二次化学活化处理, 从而得到二次活化活性炭. 将原始活性炭材料与二次活化活性炭材料都分别经过系列处理, 组装成电化学超级电容器进行电化学性能测试. 测试结果表明, 二次活化活性炭材料的电化学容量达到145.0 F·g-1(有机电解液), 远远大于原活性炭材料的容量(45.0 F·g-1). 为研究二次活化活性炭材料电化学容量大幅提高的原因, 将这两种材料分别进行微观结构数据测试, 包括比表面积、N2吸脱附等温曲线和孔径分布. 研究结果表明, 二次活化处理大大增加了二次活化活性炭材料在孔径为2-3 nm的中孔分布, 从而证实对于有机电解液, 电极材料在2-3 nm的中孔对其电化学容量的提高具有重要意义.