二氧化锰与二维材料复合应用于超级电容器

现如今世界正面临着与能源相关的一系列问题与挑战,科学家们致力于研究绿色高性能的能量存储器件以适应当前乃至以后长久可持续创新发展的需要。超级电容器作为一种新型的绿色能源储存装置,具有功率密度大、理论比电容高、充放电速度快、循环寿命长、安全性高、环境友好且经济等优点,为人类解决能源危机提出了可能。电极材料是影响超级电容器性能的重要因素。近些年,由于二氧化锰基超级电容器具有理论比电容高、化学稳定性好、环境友好等特点被广泛研究。同时多种二维材料也继石墨烯后被相继用作超级电容器电极材料,具有二维结构特征材料在提高双电层电容器的能量密度、改善赝电容电容器方面发挥着重要作用。实现高比电容和高倍率性能,将二氧化锰与二维材料复合将不失为一个有前景的选择。本文系统介绍了以石墨烯为代表的各类二维材料与二氧化锰复合物在超级电容器中的应用研究,并聚焦于这些二维材料与二氧化锰复合后所展现的优异电化学性能。     

二维过渡金属硫族化合物在超级电容器中的研究进展

近年来, 过渡金属硫族化合物(TMDs)作为一种新兴的二维材料, 因其独特的层状结构及电学特性成为超级电容器电极材料的理想候选者之一. 本文介绍了二维TMDs的常用合成方法, 阐述了钼基、 钨基和钒基等TMDs在超级电容器中的研究进展, 分析了形貌、 尺寸和改性方法等因素对TMDs材料电化学性能的影响, 并对TMDs在超级电容器领域的工业化应用和挑战进行了总结与展望.     

聚吡咯在超级电容器中的应用

聚吡咯以其制备简单、掺杂可逆、环境友好、导电率高、比电容大、具有良好的成膜性而备受关注。特别是在作为超级电容器、二次电池等换能设备电极材料领域中前景广阔。文章简略地介绍了超级电容器的双电层电容和法拉第赝电容产生的机理,概述了近年来聚吡咯与金属氧化物、炭材料等通过化学法、电化学法以及界面化学法等新型手段制备聚吡咯电极的研究进展。     

DNA-二维纳米片层材料传感平台的构建及其应用

DNA-二维纳米片层材料传感平台结合DNA分子特异性识别能力与二维纳米片层材料优越的物理、化学特性,已成为化学/生物传感器领域重要的研究方向之一.鉴于二维纳米片层材料领域的快速发展,首先介绍了DNA-二维纳米片层材料传感平台的构筑机理,随后重点综述了该传感平台在化学、生物目标物分析检测中的应用研究,并对该类传感平台的应用前景做了展望.     

碳纳米管用作超级电容器电极材料

碳纳米管由于具有化学稳定性好、比表面积大、导电性好和密度小等优点,是很有前景的超级电容器电极材料。本文介绍了碳纳米管用作超级电容器电极材料的研究现状,总结了单纯碳纳米管电极材料和碳纳米管复合物电极材料的特点与性能,并探讨了今后碳纳米管电极材料的发展方向。     

矿物材料在超级电容器电极中应用的研究进展

矿物资源是人类社会发展和国民经济建设的重要物质基础,是人类社会生产和发展的动力,矿物资源的合理利用在人类的每一次进步飞跃中起着重要意义。目前而言,在能源社会的背景下,人类对矿物资源的利用也在越来越深入。同时,在能源储存方面有着很广阔的应用前景。本文通过晶系分类法综述了各类天然矿物材料在超级电容器上的研究进展,目的是为以后对天然矿物材料在电化学领域进行深入研究奠定一个基础。对存在的问题进行了分析,为下一步的研究提出了建议。     

氮掺杂碳片的模板诱导制备及其在超级电容器中的应用

兼具有优良的导电能力,高的比表面积和极佳的化学/机械稳定性,具有二维形貌的纳米碳材料近年来逐渐成为超级电容器电极材料的研究热点. 我们在此首次报道一种模板诱导方法以制备具有规整片状形貌的氮掺杂碳材料. 我们将作为硬模板的片状镁铝双金属氢氧化物与熔融的邻苯二胺混合后加入三氯化铁催化剂,进而通过加热使邻苯二胺聚合并碳化,随后刻蚀除去其中的氧化物成分即可以得到具有规整六边形片状氮掺杂碳材料. 通过改变碳化时的温度,可以有效的调节利用该方法所得到的氮掺杂碳片的形貌、结构、石墨化程度、氮含量以及比表面积. 更重要的是这些氮掺杂碳片在用作超级电容器电极材料时体现出优异的电化学性能,在0.5 A·g^-1的电流密度下其比容量可以达到290.0 F·g^-1的. 在1 A·g^-1的电流密度下经过10000周循环测试后,其容量仍然可以达到初始值83%.     

超级电容器纳米氧化锰电极材料的合成与表征

以聚乙二醇为分散剂,利用高锰酸钾和醋酸锰溶液之间的化学共沉淀法制备纳米水合氧化锰.借助SEM,TEM,FT-IR,XRD和BET分析手段对样品结构及性能进行表征.研究结果表明,SEM和TEM显示所得粉体为纳米粉体,粒径大约为10～30nm左右,XRD分析表明该粉体为无定型a-MnO₂·nH₂O,FT-IR分析表明获得的粉体为水合物,BET测试比表面积达160.7m²/g.以氧化锰为研究电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,铂片为辅助电极的三电极体系中,以1 mol/L的Na₂SO₄溶液为电解液,通过循环伏安法研究其电化学行为.实验结果表明,纳米氧化锰是理想的超级电容器电极材料,在电位窗口为-0.2～0.9V(vs.SCE)范围内,扫描速度为4mV/s,其比电容达到203.4 F/g.     

植物基多孔炭材料在超级电容器中的应用

植物基多孔炭具有发达的孔结构、大的表面积、较为成熟的制备工艺、丰富的来源、低廉的价格,是目前商业应用范围最广的超级电容器电极材料。然而在实际应用中仍然存在着质量/体积比容量较低、倍率性能差等问题。本文针对先进电容器件的高能量密度、优异功率性能的要求,首先介绍了近年来发展的植物基多孔炭的制备方法,讨论了植物前驱体的组成和结构对其产物结构的影响以及与其电化学性能之间的构效关系,特别总结了近年来植物基超大比表面积多孔炭、中孔炭、层次化多孔炭的制备方法和电容储能性能。针对大比表面积多孔炭用于超级电容器时的体积性能不佳这一关键问题,本文还总结了提高植物基多孔炭体积电化学性能的方法。最后,对植物基多孔电极材料存在的问题进行了分析与总结,并展望了其研究前景。     

SnO_2/石墨纳米片复合电极及其在超级电容器中的应用

在电场的作用下对石墨棒进行电化学剥离,使其表面形成相互平行排列,且垂直于石墨棒基底的二维(2D)石墨纳米片阵列(GNSA).然后通过阴极还原电沉积法制备Sn O2/石墨纳米片阵列(Sn O2/GNSA)复合电极.采用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外(FT-IR)光谱对其形貌和结构进行了表征.电化学测试表明该复合电极具有优异的超电容性能,在0.5 mol·L-1Li NO3电解质中,扫描速率为5 m V·s-1,电位窗口为1.4 V时,比电容达4015 F·m-2.由Sn O2/GNSA复合电极和相同电解质组装成的对称型超级电容器,在扫描速率为5 m V·s-1时,其电位窗口可增至1.8 V,能量密度达到0.41 Wh·m-2,循环5000圈后其比电容仍保持为初始比电容的81%.     

泡沫状二维复合材料的合成及超级电容器性能

利用蔗糖和乙醇作为碳源,以氯化镍高温还原形成的镍颗粒作为模板,制备了泡沫状石墨烯多孔材料。 继而以其作为载体,通过浸渍和高温热解法制备了泡沫状MoS₂/石墨烯二维复合材料。 通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、X射线衍射(XRD)等技术手段研究了复合材料的形貌、组成和结构。 循环伏安、恒流充放电和循环寿命测试均表明,该材料具有良好的超级电容器性能,质量比电容达203.5 F/g,面积比电容达280 mF/cm²,5000次恒流充放电循环后的电容保持率约80%。     

基于二维材料及其范德瓦尔斯异质结的光电探测器

近些年来,石墨烯、黑磷和过渡金属二硫化物以及其他二维材料受到了越来越多的关注。凭借其独特的结构和优异的电学、光学特性,这些二维材料在光电器件中得到了广泛应用,具有良好的发展潜力。本文概述了二维材料在光电探测器领域的最新研究进展,介绍了一些常见的二维材料及其制备方法,阐述了光电探测器件的基本原理和评价参数,以及回顾了二维材料及其异质结构在光电探测器中的应用,最后总结了该领域仍然面临的挑战并对其未来的发展方向进行了展望。     

金属卟啉二维纳米晶的制备及其光电性能

金属卟啉是一种重要的金属-有机复合物,在光电转换器件、催化、传感、医学等领域有着广阔的应用前景。对无机二维纳米材料（石墨烯或过渡金属硫属化合物等）的广泛研究促使金属-有机二维纳米材料成为当前的研究热点之一。本文针对金属-有机以及卟啉二维纳米材料的研究现状,在简要回顾金属-有机二维纳米材料发展历史的基础上,详细总结了金属卟啉单分散二维纳米晶和二维薄膜的制备方法,综述了其当前在太阳能电池、光电催化以及光学传感等方面的应用,最后讨论了金属卟啉二维纳米材料当前面临的研究问题及未来可能的发展方向。     

纳米MnO2超级电容器的研究

用固相合成法制备纳米MnO2，作为超级电容器材料，通过循环伏安、交流阻抗与恒电流充放电等测试手段对MnO2电极进行分析.结果表明,以1 mol•L－1 KOH为电解液， MnO2电极在－0.1～0.6 V(vs. Hg/HgO)的电压范围内具有良好的法拉第电容性能.在不同电流密度下，电极比容量达240.25到325.21 F•g－1.恒电流充放电5000次后，电极容量衰减不超过10％.     

Intercalation-assisted Exfoliation Strategy for Two-dimensional Materials Preparation

Controlled large-quantity synthesis of two-dimensional materials is vital for the research on their physical and chemical characters and potential applications. Utilizing structural features of layered compounds, intercalation of molecules or ions can be applied to the acceleration of liquid-phase exfoliation. In this review, we aim at recent progress on synthesis of two-dimensional materials via intercalation-assisted exfoliation strategy. Works on wet chemical intercalation and electrochemical intercalation, together with product exfoliation afterwards, are summarized. Furthermore, the features and advantages of intercalation-assisted exfoliation strategy for two-dimensional materials synthesis are discussed.     

聚苯胺/介孔碳纳米线复合电极材料的制备和性能

以介孔碳纳米线为基体, 通过电化学方法制备了新型聚苯胺/介孔碳纳米线(PANI/MCFs)复合材料, 采用SEM和TEM等手段对样品的结构和形貌进行了表征. 结果表明, 聚苯胺均匀附在介孔碳纳米线表面, 并填充到纳米线介孔孔道中. 将复合材料组装成三电极体系超级电容器, 用循环伏安、 恒流充放电和交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行了测试. 结果显示, 在1 mol/L H₂SO₄溶液中, 复合材料的比电容达到391 F/g, 其循环稳定性也得到显著提高.     

Ultrathin Mn Doped Ni-MOF Nanosheet Array for Highly Capacitive and Stable Asymmetric Supercapacitor

In this study, we demonstrate that an Mn-doped ultrathin Ni-MOF nanosheet array on nickel foam (Mn_0.1-Ni-MOF/NF) serves as a highly capacitive and stable supercapacitor positive electrode. The Mn_0.1-Ni-MOF/NF shows an areal capacity of 6.48 C cm⁻² (specific capacity C: 1178 C g⁻¹) at 2 mA cm⁻² in 6.0 m KOH, outperforming most reported MOF-based materials. More importantly, it possesses excellent cycle stability to maintain 80.6 % capacity after 5000 cycles. An asymmetric supercapacitor device utilizing Mn_0.1-Ni-MOF/NF as the positive electrode and activated carbon as the negative electrode attains a high energy density of 39.6 Wh kg⁻¹ at 143.8 Wkg⁻¹ power density with a capacitance retention of 83.6 % after 5000 cycles.     

三维碳微米管/碳纳米管复合结构的制备及在超级电容器中的应用

利用天然生物质杨絮特殊的管状结构通过简单的高温碳化法制备出碳微米管(CMTs). 将所得到的碳微米管作为基底, 采用化学气相沉积法制备出三维结构的碳微米管/碳纳米管(CNTs)复合材料. 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)光谱仪、拉曼光谱仪对其进行了详细分析. 通过两电极测试体系对其超级电容性能进行测试, 碳微米管/碳纳米管复合电极在1 mol·L^-1Li₂SO₄电解液中的比电容值可达77 F·g^-1, 远大于碳微米管的比电容值(23 F·g^-1).