氧化石墨超声时间对三维还原氧化石墨烯结构及超级电容性能的影响

将氧化石墨凝胶超声不同时间制备氧化石墨烯(GO)溶胶,再以GO溶胶为前驱体采用一步水热法制备了三维还原氧化石墨烯(3DRGO),采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试等研究了不同超声时间对3DRGO的形貌、结构及超级电容性能的影响.结果表明,当超声时间不超过120 min时,经水热反应后还原氧化石墨烯均能形成稳定的三维结构,但随着超声时间的延长,三维结构尺寸不断减小,强度增加,样品的内部结构也由片状逐渐向多孔网状转化;当超声时间超过120 min时,还原氧化石墨烯虽具有网状结构,但在宏观上不利于形成稳定的三维结构.电化学测试结果表明,经不同超声时间所制备的还原氧化石墨烯均表现出较好的超级电容性能,其中超声时间为120 min时制备的3DRGO具有更均匀的多孔网状结构,表现出了最佳的超级电容性能,在1 A/g电流密度下其比电容可达328 F/g,即使在20 A/g的大电流密度条件下,其比电容仍可高达240 F/g.     

三维还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及其超级电容性能

以制备的氧化石墨凝胶和聚苯胺纳米线为原料, 将二者按一定的质量比进行混合超声分散, 再以混合分散液为前驱体采用一步水热法制备得到三维还原氧化石墨烯(RGO)/聚苯胺(PANI) (RGP)复合材料, 采用扫描电镜(SEM), 透射电镜(TEM), X射线衍射(XRD), 傅里叶变换红外(FT-IR)光谱, X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试等分析研究了复合材料的形貌、结构和超级电容性能. 结果表明, 复合材料既保持了还原氧化石墨烯的基本形貌, 又能使聚苯胺较好地镶嵌在还原氧化石墨烯的网状结构中; 且当氧化石墨与聚苯胺的质量比为1:1时复合材料在0.5 A·g^-1电流密度下比电容可高达758 F·g^-1, 即使在大电流密度(30 A·g^-1)下其比容量仍高达400 F·g^-1,在1A·g^-1电流密度下循环1000次后比容量保持率为86%, 表现出了良好的倍率性能和循环稳定性, 其超级电容性能远优于单纯的还原氧化石墨烯和聚苯胺, 其优异的超级电容性能可归咎于二者的相互协同作用.     

二氧化锰氧化制备聚苯胺及其超级电容性能

以二氧化锰为氧化剂在酸水体系中化学氧化制备了聚苯胺(PANI),考察了聚合条件对产率的影响。采用红外光谱、扫描电镜等手段对PANI的结构与形貌进行了表征,采用电化学工作站对其电化学电容性能进行了测试。结果表明:PANI产率随着体系中氧化剂用量的增加、苯胺用量的减少、反应温度的降低和反应时间的延长而增加,制备的聚苯胺主要是翡翠亚胺型聚苯胺,并以颗粒形式存在,大小在100 nm左右,局部有团聚现象,颗粒间堆积蓬松;该聚苯胺作为超级电容器活性电极材料,具有较好的电化学电容性能,最高比电容达到178 F/g。     

聚苯胺-还原氧化石墨烯复合材料的比电容及超级电容性能

Flaky polyaniline-reduced graphene oxide (PANI-rGO) composites have larger specific capacitance due to the improved redox charge of PANI in the composites, fabricated by simultaneous reduction of PANI-GO. The structural and morphological analyses were carried out using scanning electron microscopy, UV-Vis spectroscopy, and thermogravimetry. The results showed that the composites are flaky in shape. PANI is uniformly coated on GO, and PANI-rGO has specific capacitance as high as 1069 F·g^-1 (1.71 F·cm^-2) at a current density of 20 A·g^-1, 5 times higher than PANI-GO; this is caused by the large surface and conductivity of the rGO in the composite.     

聚吡咯/还原氧化石墨烯复合物的合成及电容性能

通过原位聚合方法制备不同配比的聚吡咯/氧化石墨（PPy/GO）复合物,将其用NaBH4还原得到聚吡咯/还原氧化石墨烯(PPy/RGO)复合物,采用X射线衍射、红外光谱和场发射扫描电子显微镜（FESEM）对其结构和形貌进行物理表征。 采用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗等电化学方法系统研究了所制备样品的电化学性能。 实验结果表明,在电流密度为0.5 A/g、吡咯（Py）与GO质量比为95∶5时,得到的复合物还原前后比电容分别可达401.5和314.5 F/g,远高于单纯的GO（34.8 F/g）和PPy（267.5 F/g）。 经过1200圈循环稳定性测试后,PPy/RGO复合物比电容保持了原来的62.5%,与PPy和PPy/GO（电容保持率分别为16.8%和46.4%）相比,PPy/RGO表现出更好的循环稳定性能,有望成为超级电容器电极材料。     

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.     

水热处理对Co-Al双氢氧化物电容性能的影响

超级电容器;水热法;比容量;水热处理对Co-Al双氢氧化物电容性能的影响     

氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料的制备及其电化学性能

采用水热法制备了氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料及作为比较的三维石墨烯、氢氧化镍纳米线、还原氧化石墨烯和氢氧化镍纳米线/还原氧化石墨烯, 通过X射线衍射、扫描电镜、热失重分析和氮气吸脱附表征了材料的形貌、结构和组成, 并采用循环伏安法和恒电流充放电测试了复合材料的电化学性能. 结果表明: 氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料中直径为20-30 nm的氢氧化镍纳米线和三维结构的石墨烯紧密结合, 相互交联形成网状结构, 其比表面积达到136 m²·g^-1, 孔径分布20-50 nm, 氢氧化镍纳米线的含量达到88% (w,质量分数). 在6 mol·L^-1的KOH电解液中, 复合材料的比电容在1 A·g^-1电流密度下达到1664 F·g^-1, 在1 A·g^-1电流密度下循环3000 次后的比电容保持率为93%. 将复合材料的比电容和循环性能与氢氧化镍纳米线、氢氧化镍纳米线/还原氧化石墨烯、三维石墨烯和还原氧化石墨烯的性能进行比较, 发现三维石墨烯较还原氧化石墨烯具有更高的比表面积和三维多孔结构, 可以更大地提高活性物质的利用率, 进而提高复合材料的比电容和稳定性.     

氮掺杂石墨烯的制备及其超级电容性能

以氧化石墨烯(GO)为原料, 尿素为还原剂和氮掺杂剂, 采用水热法合成了氮掺杂石墨烯. 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)、氮气吸脱附分析、电导率和电化学测试对样品的形貌、结构、组成以及电化学性质进行表征. 结果表明:水热条件下尿素能有效地化学还原GO并对其进行氮掺杂; 通过调节原料与掺杂剂的质量比, 可以得到不同氮掺杂含量的石墨烯, 氮元素含量范围为5.47%-7.56% (原子分数); 在6 mol·L^-1的KOH电解液中, 氮元素含量为7.50%的掺杂石墨烯的超级电容性能最优, 即在3 A·g^-1电流密度下首次恒流充放电比电容可达184.5 F·g^-1, 经1200次循环后的比电容为161.7 F·g^-1, 电容保持率为87.6%.     

温度对碳球形貌及超级电容性能的影响

以三氯乙烷和二氯乙烷为原料, 金属钠为还原剂, 在溶剂热条件(100~150 ℃)下使氯代乙烷中的碳氯键和碳氢键发生断裂制备了碳纳米球, 并对制备的碳纳米球进行了表征. X射线衍射结果表明, 样品为类石墨结构, 衍射信号宽且弱, 表明样品的结晶性较差; 拉曼光谱分析结果也表明样品具有较高的无序度. 样品的SEM与TEM分析结果表明, 在较高的反应温度下, 碳球具有更好的单分散性, 碳球的粒径随温度的升高而增大; 选区电子衍射结果表明碳球内部为无定形的类石墨结构. 以碳纳米球为负极材料的锂离子电池测试结果表明, 50周循环后比容量为941 mA·h/g, 库仑效率接近100%, 放电容量保持率为103.7%, 具有良好的循环稳定性. 测试了不同温度下制备样品的超级电容器性能, 发现120 ℃下制备的碳纳米球具有较高的比电容和较低的内阻值, 比电容高达130 F/g, 经过1000周循环充放电后比电容衰减比例低于14%, 具有较高的稳定性.     

应用多中心分区方法构建H3分子反应势能面

以氧化石墨凝胶制备的氧化石墨烯溶胶为前驱体, 在120-220 ℃条件下, 采用水热法制备了系列不同还原程度的三维还原氧化石墨烯, 采用扫描电镜(SEM), X射线衍射(XRD), 傅里叶变换红外(FTIR)光谱, X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试等手段研究了水热反应温度对材料形貌、结构和超级电容性能的影响. 结果表明: 采用水热法制备的三维还原氧化石墨烯呈多孔网状结构, 材料的体积和内部网状孔径随着水热反应温度的升高而减小; 同时, 氧化石墨烯的还原程度随反应温度的升高而增加, 有序度提高, 其结构逐渐向着类石墨结构转化; 而材料的比电容和能量密度则随反应温度的升高呈现出先增大后减小的趋势, 且均以双电层电容为主;相比之下, 当水热反应温度为180 ℃时, 制备的三维还原氧化石墨烯具有最佳的超级电容性能, 在电解液为6mol·L^-1的KOH溶液中, 0.5 A·g^-1电流密度下其比电容达到315 F·g^-1, 10 A·g^-1时仍能保持212 F·g^-1的高比容量, 能量密度为40.5 Wh·kg^-1, 5000次循环后比电容保持率为86%, 表现出了良好的电化学性能.     

Porous Nitrogen‐doped Reduced Graphene Oxide Gels as Efficient Supercapacitor Electrodes and Oxygen Reduction Reaction Electrocatalysts

Heteroatom‐doped carbon materials have been widely used in energy storage and conversion such as supercapacitors and electrocatalysts. In this work, L‐asparagine (Asn), an amino acid derivative, has been used as a doping agent to prepare nitrogen‐ doped reduced graphene oxide gels (N‐GAs). The 3D interconnected structure gives rise to the superior electrochemical properties for supercapacitor and electrocatalytic oxygen reduction reaction (ORR). The N‐GA‐4 (the mass ratio of Asn to graphene oxide (GO) is 4 : 1 by hydrothermal method) electrode shows the capacitance of 291.6 F·g^–1 at 0.5 A·g^–1. Meanwhile, the assembled symmetric supercapacitor achieves a maximum energy density of 23.8 Wh· kg^–1 when the power density is 451.2 W·kg^–1, and demonstrates an ultralong cycling life that the retention of capacitance is 99.3% after 80000 cycles. What's more, the annealed aerogel N‐GA‐4‐900 exhibits an onset potential (E_onset) of 0.95 V, half wave potential (E_1/2) of 0.84 V (vs. RHE) and the oxygen reduction current density of 5.5 mA·cm^–2 at 0.1 V with nearly four‐electron transfer, which are superior to commercial Pt/C. This work offers a new insight into the synthesis and applications of N‐GAs materials towards high performance in supercapacitors and ORR.     

水热合成二硫化钨/石墨烯复合材料及其氧还原性能

以六氯化钨、硫代乙酰胺、氧化石墨烯为原料,采用一步水热法合成了二维的二硫化钨/石墨烯(WS₂/RGO)复合材料。水热合成的WS₂/RGO具有薄层的二维结构,且由于石墨烯的存在,WS₂以较少的层数形成薄片状生长在石墨烯的表面。尝试将这种非Pt类材料用于电催化氧化原反应,测试结果表明,WS₂在碱性条件下氧还原活性非常低,但是复合RGO形成WS₂/RGO复合材料后,电催化氧化原性能有了极大的提高,其起始电位为-0.17 V(vs SCE),转移电子数为3.7,极限电流密度为2.5 mA·cm^-2,同时其具有较好的抗甲醇性能和循环稳定性。这是因为WS₂/RGO复合材料的二维结构具有更高的电子传输速率,同时硫化钨和石墨烯可以发挥协同催化作用。这种新型的二硫化钨/石墨烯(WS₂/RGO)复合材料作为非贵金属催化剂表现出良好的氧还原性能,在燃料电池上具有较好的应用前景。     

水热合成二硫化钨/石墨烯复合材料及其氧还原性能

以六氯化钨、硫代乙酰胺、氧化石墨烯为原料,采用一步水热法合成了二维的二硫化钨/石墨烯(WS_2/RGO)复合材料。水热合成的WS_2/RGO具有薄层的二维结构,且由于石墨烯的存在,WS_2以较少的层数形成薄片状生长在石墨烯的表面。尝试将这种非Pt类材料用于电催化氧化原反应,测试结果表明,WS_2在碱性条件下氧还原活性非常低,但是复合RGO形成WS_2/RGO复合材料后,电催化氧化原性能有了极大的提高,其起始电位为-0.17 V(vs SCE),转移电子数为3.7,极限电流密度为2.5 m A·cm-2,同时其具有较好的抗甲醇性能和循环稳定性。这是因为WS_2/RGO复合材料的二维结构具有更高的电子传输速率,同时硫化钨和石墨烯可以发挥协同催化作用。这种新型的二硫化钨/石墨烯(WS_2/RGO)复合材料作为非贵金属催化剂表现出良好的氧还原性能,在燃料电池上具有较好的应用前景。     

前驱体配料温度对水热法制备LiFePO4的影响

研究了配料温度对水热法制备磷酸铁锂的影响.通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、循环伏安（CV）以及元素分析等手段分析了不同温度下制备的前驱体和最终的LiFePO₄样品,其结果表明配料温度对磷酸铁锂前驱体颜色和特性有明显影响.通过仔细控制该温度可以制得高纯Li₃PO₄中间体并抑制前驱体中Fe（OH）₃的形成.有利于进一步获得结晶良好不含Fe³⁺的LiFePO₄样品,显著提高了LiFePO₄材料的放电比容量.当配料温度为30℃时获得的样品,0.1C倍率下放电比容量达到156 mAh·g^-1,0.5C倍率下放电比容量为151 mAh·g^-1,10C倍率下放电比容量为127 mAh·g^-1,循环20次容量保持率达99%.     

One Step Hydrothermal Synthesis of Flower-shaped Co3O4 Nanorods on Nickel Foam as Supercapacitor Materials and Their Excellent Electrochemical Performance

Flower-shaped Co₃O₄nanorods directly grown on nickel foam(Co₃O₄/NF) were prepared by one step hydrothermal method at low temperature. Co₃O₄nanorods are directly connected with the nickel foam, and no binder is needed as an additive, so the Co₃O₄/NF electrode has good electrical conductivity. This flower-shaped structure makes larger surface area of Co₃O₄nanorods that exposes to the electrolyte, thus promoting the redox reaction. The Co₃O₄/NF electrode shows a high specific capacitance of 2005.34 F/g at the current density of 0.5 A/g and a high capacitance retention of 98.0% after 5000 cycles. The high superior capacitive performance with high specific capaci-tance and the excellent cyclic performance indicate that the one step hydrothermal method has great potential application in supercapacitors.