圆盘状a-Co(OH)2的控制合成及其电化学性能

采用AAO模板及后处理方法合成了圆盘状a-Co(OH)2并研究了其电化学电容性能.在该合成方法中,先采用阳极氧化铝模板结合交流电沉积的方法获得钴纳米线,而后将其在碱液中通过溶解氧氧化生成终端产物.用红外光谱(FT-IR),X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)表征了产物的结构和形貌;用循环伏安、恒电流充放电测试方法对其电化学性能进行了测试.此外,对圆盘状Co(OH)2的形成机理进行了初步探讨.结果表明,用此方法合成的Co(OH)2具有圆盘状形貌,属a相态,且表现出较好的电容特性.     

均匀沉淀法制备Co(OH)2及其超电容特性

以氯化钴为原料、氨水(28wt%)为沉淀剂采用均匀沉淀法成功地合成了Co(OH)₂。X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)测试表明，表面活性剂Tween-80的加入使所制备的α-Co(OH)₂呈现出类似花朵的形貌;循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗和循环寿命等电化学测试表明，该材料的电化学性能也得到一定的提高，其单电极比电容可达到370 F·g^-1。     

用于高性能超级电容器的金属有机骨架衍生Co(OH)2/C-N@GP纳米复合材料

本文报道一种制备β-Co(OH)₂/氮掺杂碳石墨烯纳米复合材料(Co(OH)₂/C-N@GP)的方法。首先，我们通过在含羧基的聚苯乙烯(PS)乙醇分散体中使Co(NO₃)₂·6H₂O与2-甲基咪唑反应，合成了ZIF-67/聚苯乙烯的复合材料。然后将ZIF-67/聚苯乙烯复合材料高温碳化，同时与硫代乙酰胺和石墨烯反应生成Co(SO₄)₂/C-N@GP。最后，Co(SO₄)₂/C-N@GP在KOH水溶液中浸泡以获得 Co(OH)₂/C-N@GP 纳米复合材料。所制备的 Co(OH)₂/C-N@GP 的扫描电镜图显示尺寸为 10~20 nm 的 Co(OH)₂很好地分散在石墨烯上。电化学分析表明Co(OH)₂/C-N作为超级电容器的电极材料表现出典型的法拉第电荷转移行为，并且当石墨烯存在时，其比电容可显著增强。在2 mol·L^-1 KOH中，Co(OH)₂/C-N@GP在2 A·g^-1下表现出985.4 F·g^-1的高比电容，1 000次循环后的比电容保持率为76.6%。     

Ni(OH)2纳米管的制备、表征及电化学性能

以多孔氧化铝为模板, 在不同溶液浓度下, 用化学沉积法制备了氢氧化镍纳米管. 采用XRD, SEM, TEM和HRTEM等手段, 对产物的物相、表面形貌及微结构进行了表征. 结果表明所得产物是高纯度的氢氧化镍纳米管, 外径约为180～220 nm, 管壁厚20～30 nm. 将所制备的氢氧化镍纳米管制成电极, 其电化学性能测试表明, Ni(OH)₂纳米管的中空结构特点, 能够有效地提高镍电极的充电效率、放电比容量、高倍率及高温放电性能. 机理分析表明中空结构的Ni(OH)₂纳米管对于提高碱性二次电池的综合性能有着极为重要的意义.     

Ni(OH)2纳米管的制备、表征及电化学性能

以多孔氧化铝为模板, 在不同溶液浓度下, 用化学沉积法制备了氢氧化镍纳米管. 采用XRD, SEM, TEM和HRTEM等手段, 对产物的物相、表面形貌及微结构进行了表征. 结果表明所得产物是高纯度的氢氧化镍纳米管, 外径约为180～220 nm, 管壁厚20～30 nm. 将所制备的氢氧化镍纳米管制成电极, 其电化学性能测试表明, Ni(OH)₂纳米管的中空结构特点, 能够有效地提高镍电极的充电效率、放电比容量、高倍率及高温放电性能. 机理分析表明中空结构的Ni(OH)₂纳米管对于提高碱性二次电池的综合性能有着极为重要的意义.     

前驱体Ni(OH)2对LiCo0.3Ni0.7O2正极材料的影响研究

研究了两种不同前驱体Ni(OH)₂对LiCo_0.3Ni_0.7O₂锂离子电池正极材料的结构与电化学性能的影响，并用XRD、SEM及电性能测试考察了材料的结构、形貌与电化学性能。结果表明，前驱体Ni(OH)₂的形貌、结晶形态对LiCo_0.3Ni_0.7O₂正极材料的性能有极大的影响。与目前镍酸锂合成需高密度球形镍前驱体Ni(OH)₂认识不同，本文发现呈枝晶网络状结构、表面蓬松、比表面积高和振实密度低的前驱体Ni(OH)₂具有较高的化学活性，可有效抑制产物LiCo_0.3Ni_0.7O₂正极材料中阳离子混排产物的生成。由其制备的目标正极材料LiCo_0.3Ni_0.7O₂显示出较优的电化学性能，首次放电容量为175 mAh·g^-1，首次放电效率为93.9%，40次循环容量保持率为94.8%，显示较好的循环稳定性。     

用于高性能超级电容器的金属有机骨架衍生Co(OH)2/C-N@GP纳米复合材料

本文报道一种制备β-Co（OH）₂/氮掺杂碳石墨烯纳米复合材料（Co（OH）₂/C-N@GP）的方法。首先,我们通过在含羧基的聚苯乙烯（PS）乙醇分散体中使Co（NO₃）₂·6H₂O与2-甲基咪唑反应,合成了ZIF-67/聚苯乙烯的复合材料。然后将ZIF-67/聚苯乙烯复合材料高温碳化,同时与硫代乙酰胺和石墨烯反应生成Co（SO₄）₂/C-N@GP。最后,Co（SO₄）₂/C-N@GP在KOH水溶液中浸泡以获得Co（OH）₂/C-N@GP纳米复合材料。所制备的Co（OH）₂/C-N@GP的扫描电镜图显示尺寸为10~20 nm的Co（OH）₂很好地分散在石墨烯上。电化学分析表明Co（OH）₂/C-N作为超级电容器的电极材料表现出典型的法拉第电荷转移行为,并且当石墨烯存在时,其比电容可显著增强。在2 mol·L^-1 KOH中,Co（OH）₂/C-N@GP在2 A·g^-1下表现出985.4 F·g^-1的高比电容,1 000次循环后的比电容保持率为76.6%。     

Ce掺杂Mn3O4及其电化学电容行为

用溶胶-凝胶方法合成了Mn₃O₄和Ce掺杂Mn₃O₄. 采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、场发射扫描电镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)对其结构和形貌进行了表征. 采用循环伏安、电化学交流阻抗和恒流充放电技术对其电化学性能进行了测试. 研究结果表明, Ce掺杂对Mn₃O₄的形貌和电化学性能均有显著影响. 当Ce离子占金属离子总量的3%时, 掺杂Mn₃O₄的单电极比电容高达477 F·g^-1, 比未掺杂的提高了43.7%, 并且表现出更好的循环稳定性.     

热处理对二氧化锰电化学行为的影响

以高锰酸钾和醋酸锰为前驱体, 通过液相沉淀法合成得到二氧化锰. 在不同温度热处理条件下研究二氧化锰的结构转变及其作为超级电容器电极材料的电化学行为. 采用X射线衍射(XRD), 扫描电镜(SEM), 氮气物理吸附和热重(TG)等手段表征产物的结构特点; 采用循环伏安和恒流充放电等方法表征其电化学行为. 结果表明: 合成的二氧化锰是具有中孔特征的α-MnO₂, 比表面积为253 m²·g^-1, 颗粒尺寸在50-100 nm之间. 350 °C以下的低温热处理使氧化锰仍能保持α-MnO₂的晶体结构, 比表面积为170 m²·g^-1左右, 单电极比电容值由原来未热解时的267 F·g^-1增加到250 °C热处理后的286 F·g^-1. 高温热处理(>450 °C)导致氧化锰逐渐过渡为α-Mn₂O₃, 且表面积下降约为30 m²·g^-1, 比电容急剧下降. 低温热处理后氧化锰的电化学稳定性明显提高, 在50 mV·s^-1的快速扫描速率下, 电极具有良好的倍率特性.     

CuO/GNS复合材料的制备及其电化学性能

利用改进的Hummers 法制备GO,采用化学沉淀法合成CuO/GNS复合材料,用X 射线衍射(XRD)、扫描电镜(FESEM)、比表面积测试(BET)等表征了产物的组成、结构和形貌;用循环伏安、恒电流充放电等测试方法对复合材料的电化学性能进行了研究。结果显示：在这种复合材料中,石墨烯作为导电骨架,有利于增加氧化铜颗粒之间的导电性和材料的机械稳定性。大电流放电表现出优异的电化学性能,在 10 A.g_-1的电流密度下复合材料的比电容仍可达 276 F.g_-1,1000 次循环后比电容仍能保持86.5%,呈示该复合材料具有优异的电化学性能。     

石墨烯氧化程度对Ni(OH)2赝电容性能的影响

基于密度泛函理论(DFT)设计了一系列不同氧化程度的还原氧化石墨烯片(rGNOs)并研究了其表面的氧化缺陷与吸附的氢氧化镍(Ni(OH)₂)之间的相互作用. 结果发现,rGNOs表面的含氧基团与Ni(OH)₂之间的吸附能与含氧基团的氧化程度相关. 在吸附Ni(OH)₂后,rGNOs的原子间距和电荷分布的变化也都受rGNOs表面的含氧缺陷的氧化程度影响. 理论计算的结果与实验观察的结果一致并能给出合理的解释.我们用简单的恒电位电化学沉积法有效地在rGNOs表面制备了粒径只有5 nm的Ni(OH)₂纳米粒子. 在Ni(OH)₂/rGNOs制备过程中,氧化石墨烯的电化学还原是关键步骤. Ni(OH)₂上吸附的Ni(OH)₂因具有更高的吸附能而使其与在镍膜表面直接吸附的Ni(OH)₂(在5 mV·s^-1下比电容为656 F·g^-1)相比具有更高的比电容值(在5 mV·s^-1下为1591 F·g^-1).rGNOs在吸附Ni(OH)₂后构型和电荷分布的变化导致Ni(OH)₂具有更低的等效串联电阻和更佳的频率响应.Ni(OH)₂/rGNOs优异的赝电容特性表明其有潜力成为新型赝电容器材料.     

介孔α-Fe2O3表面配合反应平衡常数测定

采用十二胺为模板剂、氨水做沉淀剂成功制备了介孔α-Fe₂O₃, 通过粉末X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、N₂吸附/脱附技术对样品晶相、形貌和比表面积进行了表征. 根据介孔α-Fe₂O₃悬浮液的酸碱滴定数据, 使用FITEQL软件, 采用双电层恒电容模型计算得出了介孔α-Fe₂O₃的表面酸碱反应平衡常数. 在此基础上研究了Cu^2＋, Pb^2＋, Zn^2＋在介孔氧化铁表面的吸附行为, 使用WinSGW软件模拟得出了相应的表面配合反应平衡常数并讨论了其吸附机理.     

基于双相不锈钢制备超级电容器电极材料MnO2

用恒电位沉积法在2304双相不锈钢基板上制备了纳米结构MnO₂薄膜. 用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及X射线能量色散谱(EDS)表征了MnO₂薄膜的结构、表面形貌和成分. 用循环伏安(CV)、恒流充放电和电化学阻抗谱(EIS)对MnO₂电化学性能进行测试和分析. 结果表明, 沉积得到了由100-200 nm纳米棒组成的无定形MnO₂薄膜. 随着MnO₂质量的增加, 其绝对电容增加, 而比电容逐渐下降; 随着循环伏安扫描速率的增加, 其比电容也逐渐下降. 当MnO₂的质量为0.09 mg, 扫描速率为20 mV·s^-1时, 比电容达到最大值288.9 F·g^-1. 在100 mV·s^-1的扫描速率下进行500次CV循环, 其比电容维持在一个稳定值, 且随着循环次数的增加, 比电容略有提高.     

无有机模板剂水热合成Co同晶取代的丝光沸石分子筛

在硅酸钠、硫酸铝、硝酸钴和氢氧化钠的全无机体系条件下, 采用无有机模板剂水热法合成了Co同晶取代的丝光沸石分子筛. 通过粉末X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电感耦合等离子体(ICP)光谱、氮气吸附、紫外-可见(UV-Vis)光谱、热重(TG)分析等手段对所得固体产物的织构性质以及钴在分子筛中的存在状态进行了表征. 结果表明, 该方法成功地将Co离子引入到丝光沸石分子筛的骨架结构中, 未发现骨架外Co物种. 典型的合成条件为n(Co)/n(SiO₂) =0.01-0.04, n(SiO₂)/n(Al₂O₃) =20-50, n(H₂O)/n(SiO₂) =40, n(Na₂O)/n(SiO₂)=0.4, 晶化温度170 °C, 晶化时间3-7 d. 讨论了Na+离子在无有机模板剂合成中的结构导向作用. 全无机体系合成得到的产物无需进行传统的高温煅烧处理, 即可获得开放的微孔孔道, 实现了低成本、低能耗、环境友好的Co-丝光沸石的合成.     

交联多孔结构的Mn2 掺杂聚苯胺/石墨烯复合材料的制备及超级电容特性

采用简单的原位氧化聚合法成功制备了Mn₂ 掺杂聚苯胺/石墨烯(Mn₂ -PANI/rGO)复合物电极材料,利用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(FESEM)和电化学测试等手段对其结构、形貌和电化学电容性能进行了分析研究。结果表明,纳米棒状的锰离子掺杂态聚苯胺均匀分散在褶皱的石墨烯中,形成交联状的多孔结构;Mn₂ -PANI/rGO复合物具有高的比电容和优良的循环稳定性,当电流密度为2A/g时,电极的放电比容量高达952 F/g, 循环1000 次后初始比电容的保持率为86.2%,这表明过渡金属和石墨烯的加入增强了其电化学性能,高的比电容和好的速率使其复合物有望在超级电容器中有广泛的应用前景。     

锂离子电池正极材料线团状α-MnO2的合成及电化学性能

以MnSO₄, (NH₄)₂S₂O₈为反应物,Ag⁺作为催化剂的溶液相方法合成了线团状的α-MnO₂。采用XRD、SEM和TEM等手段对合成产物进行了表征。发现反应温度和反应时间对产物的结晶度和形貌有很大的影响。通过恒电流充电/放电测试和循环伏安法(CV)对最终产物的电化学性能进行了表征。结果表明,由于其独特的形态,25 ℃下反应2 d的产物作为锂离子电池正极材料,表现出良好的循环稳定性(100次循环后放电比容量为124 mAh·g^-1)。线团状α-MnO₂在锂离子电池应用中可能是一个潜在的正极材料。     

层状Co3O4的制备及其电化学电容行为

以P123为模板水热合成制备了Co₂(OH)₂CO₃前驱体，200 ℃热处理后得到了具有层状结构的Co₃O₄。循环伏安、恒流放电等电化学测试表明，200 ℃所得Co₃O₄电极在6 mol·L^-1 KOH溶液中和-0.1～0.5 V(vs Ag/AgCl)电位范围内，具有较好的循环稳定性能，单电极比电容达到505 F·g^-1。     

不同温度下合成的LiCoO2的晶体结构

研究了用Li₂CO₃和Co₃O₄固相合成锂离子电池正极材料钴酸锂(LiCoO₂)过程中，LiCoO₂的晶体结构随合成温度的变化。利用X射线衍射、扫描和透射电子显微技术等各种分析测试方法，对750～900 ℃范围内合成的LiCoO₂的形貌、晶体结构以及电化学性能进行了表征。实验证实，随着合成温度的增加，合成的LiCoO₂颗粒的形貌没有明显变化，但颗粒尺寸会增加；电子衍射结果表明，合成温度为800 ℃时可以合成Li、Co原子各自分层的六方晶体结构的LiCoO₂，随着合成温度的升高LiCoO₂中Li、Co原子层之间可能发生部分混合，合成温度为900 ℃时LiCoO₂为立方岩盐型晶体结构；800 ℃合成的LiCoO₂的充放电循环性能较好。     

TiO2-B纳米管负载过渡金属氧化物的电化学嵌锂性能

采用碱性条件下的水热法合成了质子钛酸盐纳米管,在此基础上采用化学沉淀方法制备了负载过渡金属(Co,Ni和Cu)氢氧化物的纳米管材料,然后在300 ℃氩气氛下烧结后得到负载过渡金属(Co,Ni和Cu)氧化物TiO₂-B纳米管。采用XRD和TEM等对其结构与形态进行了表征,采用恒电流充放电、循环伏安以及交流阻抗测试研究了其电化学嵌/脱锂性能。结果表明,TiO₂-B纳米管通过负载过渡金属(Co,Ni和Cu)氧化物纳米颗粒之后,改善了TiO₂-B纳米管的高倍率放电性能和循环稳定性。其中,负载NiO和CuO的TiO₂-B纳米管的高倍率放电性能和循环稳定性较为突出。研究还表明,负载过渡金属氧化物纳米颗粒后,有助于保持TiO₂-B纳米管在动态反应条件下的拟电容反应控制特征,并不同程度地减小了TiO₂-B纳米管的表面电荷转移电阻,这是TiO₂-B纳米管的电化学性能改善的主要原因。     

电化学混合电容器用新型β-Ni(OH)2/CNTs纳米复合物

采用水热合成法制备出一种新型β-Ni(OH)₂/碳纳米管(CNTs)纳米复合物, Ni(OH)₂微晶粒径控制在50～80 nm之间, 与CNTs直径相当, CNTs与Ni(OH)₂质量比为1∶15. 将纳米复合物应用于活性炭(AC)/NiOOH电化学混合电容器, 电化学测试表明: 在0.4 A/g电流条件下, 其放电比容量达279 mAh/g, 是β-Ni(OH)₂理论容量的96.5%; 当电流密度从0.4 A/g增加至8 A/g时, 电容器的容量保持率在76.5%以上, 高倍率充放电特性优异. 此外, 纳米复合物良好的电化学可逆性使AC/NiOOH电化学混合电容器更易活化, 并具有较高的充放电效率和良好的循环稳定性能.