氮氧共掺杂多孔炭的制备及其锌离子混合超级电容器性能研究

本研究以价格低廉、来源广泛的煤沥青作为炭前驱体、尿素作为氮源和模板、氢氧化钠作为活化剂,通过结合模板法与化学活化法成功制备了具有纳米片状结构的氮氧共掺杂的多孔炭材料。多孔炭电极在0.05 A/g时最大比容量高达255.5 m A·h/g,在电流密度为1 A/g时,放电比容量达到78 m A·h/g。经过12000次循环,容量保持率仍有72.4%,并且能量密度最高达到99.6 W·h/kg,展现出作为正极材料的巨大潜力。以煤沥青为原料制备的氮氧共掺杂多孔炭材料作为锌离子混合超级电容器的正极材料表现出了优异的电化学性能。     

耐高温、长寿命的铝电解电容器电解液研制

通过对铝电解电容器工作电解液的溶剂、溶质和添加剂的筛选,研制出耐高温、长寿命的铝电解电容器工作电解液。用此电解液制得的电容器具有低阻抗、耐高纹波电流、长寿命的特点,125℃耐久性试验达到5000小时。     

基于三维花状五氧化二铌及活性炭的锂离子混合电容器

锂离子混合电容器由于兼备锂离子电池和超级电容器的优势,即较高的能量密度和功率密度,而成为当前能量存储体系的研究热点。本工作合成了具有三维花状微纳结构的正交相五氧化二铌(T-Nb_2O_5),并将其与活性炭(AC)相匹配,设计出一种新型的T-Nb_2O_5/AC锂离子混合电容器。循环伏安和恒电流充放电的测试结果表明该锂离子混合电容器具有较好的电化学性能,如在碳酸酯类的有机电解液中,工作电压可达到3.0 V;在100 m A·g~(-1)的电流密度下,电容器的比能量和比功率密度可达到53.79 Wh·kg~(-1)和294 W·kg~(-1);在200 m A·g~(-1)的电流密度下,经过1000次充放电循环后,该电容器的比能量保持率为73%。由此可见,本工作开发的T-Nb_2O_5/AC锂离子混合电容器将在高功率的储能设备中有很好地应用前景。     

熔盐锌热法制备三维多孔碳用于高性能钾离子电池负极材料

采用熔盐锌热法,以蔗糖为前驱体成功制备了三维多孔碳材料,并将其用作钾离子电池负极材料。所制备的三维多孔碳具有大量相互贯通的孔道,有效地缓解了电极在充放电循环过程中的体积效应,提高了电解液对电极的浸润性,缩短了钾离子的扩散路径,从而展现出优异的循环稳定性和倍率性能。三维多孔碳电极在0.5 A·g-1的电流密度下,经过2500次循环后仍展现174.6 mAh·g-1的比容量,甚至在4.4 A·g-1的高倍率下容量仍保持在170 mAh·g-1。     

三维多孔MnOx@In2O3立方盒子的构筑及储锌性能

锰基氧化物作为锌离子电池正极具有高比容量和低成本等优点, 但在电化学循环过程中不可逆相变、 锰的溶解和电极/电解质界面不稳定导致其在小电流密度、 深度放电条件下的循环性能差. 针对以上问题, 合成了三维(3D)多孔MnO_x立方盒子, 并在其表面包覆In₂O₃层, 获得3D多孔MnO_x@In₂O₃立方盒子. 结果显示, MnO_x@In₂O₃立方盒子具有大量孔径约10 nm左右的孔, 有利于H⁺和Zn²⁺的快速传输; In₂O₃包覆层均匀包覆于3D多孔MnO_x立方盒子的孔壁上, 有利于抑制MnO_x在电化学循环过程中的不可逆相变和锰的溶解, 稳定电极/电解质界面. 电化学测试结果表明, 该3D多孔MnO_x@In₂O₃电极在0.3 A/g的小电流密度、 深度放电条件下能稳定循环400次以上, 容量保持260 mA·h/g; 在1. 8 A/g电流密度下可稳定循环4000次以上, 容量保持81 mA·h/g; 即使在高电流密度6.0 A/g下仍保持73.4 mA·h/g的高可逆容量. 恒电流间隙滴定(GITT)和循环伏安测试结果表明, 3D多孔MnO_x@In₂O₃电极比3D多孔MnO_x具有更高的离子扩散速率, 有利于提升其高倍率容量. 电化学阻抗谱结果表明, 3D多孔MnO_x@In₂O₃电极具有比3D多孔MnO_x更稳定的电极/电解质界面, 有利于提升其循环寿命. 2000次循环后的扫描电子显微镜(SEM)结果表明, MnO_x@In₂O₃电极表面仍分布少量In₂O₃, 以确保电极/电解质界面和循环的稳定性.     

长循环寿命结晶@非结晶金属硫化物复合电极材料的制备及其混合电容器性能

通过乙二醇诱导策略成功地设计和构建了结晶@非结晶NiCo₂S₄@MoS₂(v-NCS@MS)纳米结构,利用非结晶MoS₂壳层的柔性保护和带缺陷的内部核 NiCo₂S₄的高比容量,使 v-NCS@MS电极具有高比容量(1 A·g^-1时 1 034 mAh·g^-1)和出色的倍率性能。此外,以v-NCS@MS为正极、活性炭(AC)为负极组装的混合超级电容器在219 W·kg^-1的比功率下可获得111 Wh·kg^-1的高比能量,在不同电流密度下循环15 000次后容量保持率高达80.5%。     

聚吡咯@二氧化锰/碳纳米管薄膜电极的制备及在高性能锌离子电池中的应用

中性/弱酸性水系锌锰电池因其能量密度高、价格低廉、环境友好等优势受到广泛关注。然而,现有的二氧化锰正极材料存在导电性能差,在充放电过程中易于溶解等问题。这严重影响了电池的倍率性能和循环稳定性,阻碍了中性锌锰电池的应用。为了解决上述问题,本文设计了以碳纳米管(CNT)网络薄膜为导电基底沉积聚吡咯(PPy)包覆二氧化锰(PPy@MnO₂/CNT)的多级结构电极。碳纳米管和聚吡咯组装形成高比表面积的三维交联导电网络,为活性材料提供了快速的电子、离子传输通道;聚吡咯包覆纳米级二氧化锰能够有效地抑制二氧化锰的溶解,进而提升电池的倍率特性和循环稳定性。以PPy@MnO₂/CNT作为正极材料组装的水系锌锰电池在1 A·g^-1的电流密度下,比容量达到210 mAh·g^-1,循环1000圈后,电池依然具有较高的容量保持率(85.7%)。本工作的导电聚合物包覆活性物质的策略可为发展高稳定柔性储能器件提供新思路。     

三维多孔锌钨氧化物异质结的制备、组分调控与光催化性能

采用真空冷冻干燥技术, 通过调控前驱体溶液的组成, 实现了锌钨氧化物异质结材料的可控制备. 前驱物中高分子的引入使煅烧后的氧化物材料很好地保持了三维连通的多孔结构. 光催化实验结果表明, 获得的系列材料均能够实现对罗丹明B的脱色降解, 并表现出组分依赖的光催化活性. 氧化锌/钨酸锌三维多孔异质结材料相比于其它样品具有更高的光催化活性, 可在180 min内将罗丹明B完全脱色.     

电化学混合电容器用新型聚吡咯/介孔碳纳米复合电极

采用介孔碳CMK-3作为载体,通过化学原位聚合的方法制备出一种新型的聚吡咯/介孔碳(PPy-CMK-3)纳米复合材料.将该纳米复合材料作为正极,配以介孔碳CMK-3为负极和1.0mol·L-1NaNO3中性电解液,组装成为电化学混合电容器.电化学测试表明:在5.0mA·cm-2电流密度和1.4V充放电电位条件下,其放电比容量达57F·g-1,电容器功率密度为2.5×102W·kg-1,能量密度达17Wh·kg-1.当电流密度从5.0mA·cm-2增加至50mA·cm-2时,电容器的容量保持率在80%以上,显示高倍率充放电特性优异.此外,聚吡咯-介孔碳/介孔碳电化学混合电容器易活化,并具有优异的充放电效率和良好的循环稳定性能.     

基于活化多孔碳负载聚苯胺正极和活化多孔碳负极的有机非对称超级电容器

采用KOH活化法制得高比表面积的活化多孔碳(aHPC),借助原位化学氧化法制得疏松多孔的活化多孔碳负载聚苯胺纳米复合材料(aHPC@PANI),并分别以aHPC及aHPC@PANI为负极与正极,以四乙基氟硼酸-乙腈为电解液,构建有机非对称超级电容器。电化学测试结果显示:在1A/g电流密度下,aHPC@PANI正极与aHPC负极分别呈现256.7F/g(-0.6~0.8V)及152.4F/g(-2~-0.6 V)的比容量;所组装的有机非对称电容器呈现宽电位窗口(2.8V),高的能量密度(在0.75kW/kg功率密度下为56.2 W·h/kg)及优异的循环稳定性(循环5 000次后其比电容保持率高达92.4%)。     

聚苯胺/活性碳复合型超电容器的电化学特性

电化学电容器作为一种新型储能器件具有广泛的应用.采用(NH₄)₂S₂O₈化学氧化聚合苯胺法制备了聚苯胺电极材料，采用化学物理二次催化活化法制备了高比表面积活性碳材料.并用循环伏安、恒流充放电以及交流阻抗等方法对上述电极材料的电化学特性进行了研究.实验结果表明,所制备的聚苯胺电极材料具有高于420 F•g^－1的法拉第赝电容和良好的电化学特性，所制备的活性碳电极材料则具有160 F•g^－1的双电层电容量.分别采用聚苯胺作为正极，活性碳作为负极，38％硫酸作为电解液制备了复合型电化学电容器.复合型电容器工作电压达到1.4 V, 电容器单体比电容达到57 F•g^－1，最大比能量和最大真实比功率分别达到15.5 W•h•kg^－1和2.4 W•g^－1, 峰值比功率达到20.4 W•g^－1,电容器循环工作寿命超过500次. 与活性碳双电层电容器相比，复合型电容器还具有较低的自放电率.     

以活性炭为基材负载季鏻盐多孔碳材料的制备与表征

以市售普通活性炭为碳源,先对其进行强碱活化处理制得多孔碳材料,再经硝酸氧化后,通过水热溶剂法将季鏻阳离子负载于多孔碳上,得到功能化的多孔碳材料。通过比表面积(BET)、热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)以及ζ电位对其形貌和结构进行分析,并对其抗菌活性进行表征。结果表明,该方法成功合成了功能化多孔碳材料,该碳材料在水溶液中具有较好的分散性、稳定性和荷电性,并对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)具有良好的抗菌活性。     

基于碳包覆磷酸钛钠及活性炭的水系混合超级电容器的研究

本文研究了以碳包覆磷酸钛钠[NaTi₂（PO₄）₃/C]为负极、活性炭（AC）为正极的超级电容器.以柠檬酸为碳源,采用液相法制备前驱物,利用高温固相反应制备得到NaTi₂（PO₄）₃/C纳米颗粒.正负极活性物质质量比值为2.2,组装NaTi₂（PO₄）₃/C//Na₂SO₄//AC钠离子基水系混合超级电容器.电化学性能测试表明,在电压范围0.15~1.4 V,电流密度为0.5 A·g^-1的条件下,该电容器的比功率为121.15 W·kg^-1,比能量为18.71 Wh·kg^-1.提升电流密度至10 A·g^-1,比功率可达2.42 kW·kg^-1,相应比能量为14.13 Wh·kg^-1.在1 A·g^-1的电流密度下,循环1000圈,该电容器的比容量仍保持在初始值的76%.该器件很有希望作为高功率的辅助能量储存设备实现应用.     

A Highly Sensitive and Selective Enzymatic Biosensor Based on Direct Electrochemistry of Hemoglobin at Zinc Oxide Nanoparticles Modified Activated Screen Printed Carbon Electrode

A sensitive enzymatic biosensor has been developed for the detection of hydrogen peroxide (H₂O₂), nitrite ( ) and trichloroacetic acid (TCA) by using hemoglobin (Hb) immobilized on activated screen printed carbon electrode (ASPCE) and zinc oxide (ZnO) composite. A pair of well defined redox peaks is observed with a heterogeneous electron transfer rate constant (K_s) of 5.27 s^?1 for Hb at ASPCE/ZnO. The biosensor exhibits the detection of H₂O₂, TCA and in the concentration range of 0.5–129.5 µmol L^?1, 2.5–72.5 mmol L^?1 and 0.2–674 µmol L^?1 with the detection limit of 0.083 µmol L^?1, 0.12 mmol L^?1 and 0.069 µmol L^?1, respectively.