在碳纤维布上原位生长NiCo层状双氢氧化物纳米片用于高性能非对称超级电容器（英文）

通过恒电压电沉积法在不同的碳纤维基体上原位制备NiCo层状双金属氢氧化物(NiCo-LDH)复合材料(NiCo-LDH/碳纤维布),该方法无需粘合剂,可以有效避免由于粘合剂的加入引起的导电性降低。在NiCo-LDH的层状晶体结构中,正电荷的主体层和层间电荷补偿阴离子可以促进电极材料之间的离子扩散,从而可高效利用活性位点。得益于NiCo-LDH折叠层状结构的特点,NiCo-LDH/碳纤维布具有出色的比电容(1 A·g~(-1)时1 387.5 F·g~(-1))。此外,以NiCo-LDH/碳纤维布作为正极,涂覆在泡沫镍表面的还原氧化石墨烯(rGO/NF)作为负极,组装而成的非对称超级电容器(ASC)具有极好的电化学性能。ASC在1 A·g~(-1)时能量密度为26.6 Wh·kg~(-1),功率密度为850.4 W·kg~(-1),在最大功率密度为8 500.3 W·kg~(-1)时能量密度仍保持有14.9 Wh·kg~(-1)。     

La~(3+)掺杂NiCo层状双金属氢氧化物纳米片的合成及其电化学性能

稀土离子La~(3+)掺杂的NiCo层状双金属氢氧化物纳米片具有高的超级电容器性能,比容量达到1115 F/g(1A/g)、倍率性能为517 F/g(30 A/g)。研究表明,La~(3+)离子掺杂不改变NiCo层状双金属氢氧化物晶体结构,但会显著影响其电子和离子传导特性,从而改变其电化学性能。根据离子电负性标度,La~(3+)(1.327)和Co~(2+)(1.377)离子的电负性值最接近,掺杂La~(3+)会优先取代Co~(2+)离子位置。由于La~(3+)离子的尺寸作用(106 pm),使得最优掺杂比例较小仅为0.26%,电化学结果表明较少的La~(3+)掺杂比例依然会显著调节NiCo层状双金属氢氧化物的电子/离子输运性质。     

双金属离子调控型镍钴氧化物纳米片用于非对称超级电容器

通过水热-煅烧两步法制备了系列镍钴氧化物(NCO)纳米片。通过改变前驱体溶液中的镍、钴离子物质的量之比，进而调控NCO纳米片中的过渡金属离子比例。NCO纳米片的晶相、形貌和结构利用X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱表征。此外，对NCO纳米片的电化学性能进行测试。结果表明，NCO-2(Ni_1.95Co₁O_x)纳米片在0.5 A·g^-1电流密度下，比电容为1 096.88 F·g^-1，且经过5 000次循环后具有78.26%的循环稳定性。以NCO-2为正极、活性碳为负极构成的非对称超级电容器，在功率密度为576 W·kg^-1时，能量密度为57.70 Wh·kg^-1。     

双金属离子调控型镍钴氧化物纳米片用于非对称超级电容器

通过水热-煅烧两步法制备了系列镍钴氧化物（NCO）纳米片。通过改变前驱体溶液中的镍、钴离子物质的量之比,进而调控NCO纳米片中的过渡金属离子比例。NCO纳米片的晶相、形貌和结构利用X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱表征。此外,对NCO纳米片的电化学性能进行测试。结果表明,NCO-2（Ni_1.95Co₁O_x）纳米片在0.5 A·g^-1电流密度下,比电容为1 096.88 F·g^-1,且经过5 000次循环后具有78.26%的循环稳定性。以NCO-2为正极、活性碳为负极构成的非对称超级电容器,在功率密度为576 W·kg^-1时,能量密度为57.70 Wh·kg^-1。     

层状双金属氢氧化物/石墨烯复合材料及其在电化学能量存储与转换中的应用

高效的电化学能量存储与转换功能材料及其器件近年来受到了人们的广泛关注。层状双金属氢氧化物/石墨烯（LDH/G）复合物就是一类重要的能源材料。它们兼具LDH和石墨烯的优异的物理、化学性能,同时克服了LDH导电性差和石墨烯片易于团聚的问题;在超级电容器和电化学催化分解水等方面具有广泛应用。本文综述了LDH与化学修饰石墨烯（氧化石墨烯,还原氧化石墨烯及其衍生物）的有效复合的方法及其在电化学能量存储与转换领域中的应用,特别是关于基于该类材料的超级电容器及电化学析氧反应催化的研究;对LDH/G复合材料研究领域中的挑战和未来发展方向做了展望。     

3D石墨烯/镍铝层状双金属氢氧化物的制备及超级电容性能

超声分散氧化石墨和聚苯乙烯微球于去离子水形成稳定分散液, 加入氨水和水合肼还原氧化石墨得到包覆石墨烯纳米片的聚苯乙烯微球, 经6 mol·L^-1 KOH碱蚀和甲苯洗脱聚苯乙烯制备3D石墨烯. 将3D石墨烯超声分散于去离子水, 然后分别以硝酸镍、硝酸铝和尿素为镍源、铝源和碱源化合物水热合成3D石墨烯/镍铝层状双金属氢氧化物复合材料. 采用红外、拉曼、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和恒电流充-放电测试对材料的结构、形貌及电化学性质进行研究. 结果表明, 氧化石墨被还原形成有微孔结构的3D石墨烯. 镍铝双金属氢氧化物纳米片均匀分散在3D石墨烯孔壁. 在1 A·g^-1的电流密度下, 复合材料电极的比电容为1054.8 F·g^-1. 当电流密度增加到8 A·g^-1时, 比电容为628.1 F·g^-1. 循环充-放电1000次后, 比电容仍保持在97%以上, 呈示该复合材料具有优异的电化学性能.     

纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合材料用于高性能超级电容器

以高浓度氧化石墨烯(GO)溶液作为反应前驱体,纳米纤维素(NC)作为物理间隔物和电解液储存器,通过简单的一步水热法制备了纳米纤维素/还原氧化石墨烯(NC/rGO)复合材料,并探究了其作为超级电容器电极材料的潜力。结果如下：NC添加量为1 mL所制备的NC/rGO-1具有最佳电化学性能。基于NC/rGO-1的无黏合剂对称型超级电容器在0.3 A·g^-1的电流密度下显示出了 269.33 F·g^-1和 350.13 F·cm^-3的高质量和体积比电容,并在 10.0 A·g^-1时仍能达到 215.88 F·g^-1和 280.62 F·cm^-3(其初始值的 80.15%)。组装器件还显示出了较高的质量和体积能量密度(9.3 Wh·kg^-1和 12.13 Wh·L^-1)和出色的循环性能(10 A·g^-1下10 000次循环后其初始比电容仅减少6.02%)。     

纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合材料用于高性能超级电容器

以高浓度氧化石墨烯(GO)溶液作为反应前驱体,纳米纤维素(NC)作为物理间隔物和电解液储存器,通过简单的一步水热法制备了纳米纤维素/还原氧化石墨烯(NC/rGO)复合材料,并探究了其作为超级电容器电极材料的潜力。结果如下：NC添加量为1 mL所制备的NC/rGO-1具有最佳电化学性能。基于NC/rGO-1的无黏合剂对称型超级电容器在0.3 A·g^-1的电流密度下显示出了269.33 F·g^-1和350.13 F·cm^-3的高质量和体积比电容,并在10.0 A·g^-1时仍能达到215.88 F·g^-1和280.62 F·cm^-3(其初始值的80.15%)。组装器件还显示出了较高的质量和体积能量密度(9.3 Wh·kg^-1和12.13 Wh·L^-1)和出色的循环性能(10 A·g^-1下10 000次循环后其初始比电容仅减少6.02%)。     

聚氯乙烯/层状双氢氧化物纳米复合材料研究进展

聚氯乙烯(PVC)/层状双氢氧化物(LDHs)纳米复合材料相比于纯聚氯乙烯具有更好的热稳定性、力学性能、阻燃抑烟性、耐候性与耐光性等,是一种性能优异并具有广泛应用前景的新型聚合物基纳米复合材料。本文首先介绍了LDHs的化学组成和结构特点,并对其制备过程和性质特点进行了分析和探讨;然后综述了PVC/LDH纳米复合材料的制备、结构表征及性能等方面的最新研究进展,重点阐述了LDHs的表面有机化处理及其对PVC/LDH纳米复合材料制备与性能的重要作用;最后对其应用前景进行展望。     

聚乙烯醇/层状双氢氧化物纳米复合材料研究进展

聚乙烯醇/层状双氢氧化物纳米复合材料是近年来开发的新型聚合物基复合材料,表现出与纯聚乙烯醇基体明显不同的结晶行为,且具有良好的机械力学性能、耐热性能以及阻燃性能等,有着广泛的应用前景。本文首先对层状双氢氧化物的结构组成、制备方法和性质进行简要综述,然后着重介绍聚乙烯醇/层状双氢氧化物纳米复合材料的制备、结构表征、结晶行为、力学和热性能等方面的研究进展,最后对其应用前景进行展望。     

WO3/碳布柔性非对称超级电容器的组装及性能研究

以超级电容器的电极材料制备、性质研究及对组装的非对称超级电容器的性能研究为核心内容,提高超级电容器电化学性能为主要目的,采用水热合成法在碳布基底上合成三氧化钨/碳布和活化后的碳布为超级电容器的电极材料。采用SEM、XRD表征方法对制备的材料进行了形貌表征及物相分析;使用上海辰华电化学工作站对电极材料进行了循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学性能测试. 最终得到以三氧化钨/碳布为正极材料、活化后的碳布为负极材料组装成不对称柔性电容器,进行电化学测试,其电位窗口提高到0~1.6 V,电流密度61.9 mA·cm^-2时,电容达到58.96 F·cm-2,功率密度0.48 W·cm^-2时,能量密度为20.36 mWh·cm^-2,同时在电流密度8 mA·cm^-2时,循环3000次时表现出良好的循环性能,相较于对称型超级电容器,倍率性能更加优异.     

Hierarchical Carbon Nanowire/Ni@MnO2 Nanocomposites for High-Performance Asymmetric Supercapacitors

A 3D hierarchical carbon cloth/nitrogen-doped carbon nanowires/Ni@MnO₂ (CC/N-CNWs/Ni@MnO₂) nanocomposite electrode was rationally designed and prepared by electrodeposition. The N-CNWs derived from polypyrrole (PPy) nanowires on the carbon cloth have an open framework structure, which greatly increases the contact area between the electrode and electrolyte and provides short diffusion paths. The incorporation of the Ni layer between the N-CNWs and MnO₂ is beneficial for significantly enhancing the electrical conductivity and boosting fast charge transfer as well as improving the charge-collection capacity. Thus, the as-prepared 3D hierarchical CC/N-CNWs/Ni@MnO₂ electrode exhibits a higher specific capacitance of 571.4 F g⁻¹ compared with those of CC/N-CNWs@MnO₂ (311 F g⁻¹), CC/Ni@MnO₂ (196.6 F g⁻¹), and CC@MnO₂ (186.1 F g⁻¹) at 1 A g⁻¹ and remarkable rate capability (367.5 F g⁻¹ at 10 A g⁻¹). Moreover, asymmetric supercapacitors constructed with CC/N-CNWs/Ni@MnO₂ as cathode material and activated carbon as anode material deliver an impressive energy density of 36.4 W h kg⁻¹ at a power density of 900 W kg⁻¹ and a good cycling life (72.8 % capacitance retention after 3500 cycles). This study paves a low-cost and simple way to design a hierarchical nanocomposite electrode with large surface area and superior electrical conductivity, which has wide application prospects in high-performance supercapacitors.     

石墨烯/钴镍双金属氢氧化物复合材料的制备及电化学性能研究

采用微波辐射与高温裂解相结合的二步还原法制备石墨烯。二步还原使氧化石墨被充分还原和剥离,所得到的石墨烯有较好的传导性,其比表面达675.4 m2.g-1。以此石墨烯为原料,水热法合成出石墨烯/钴镍双金属氢氧化物复合材料,并考察了复合材料作为超级电容电极材料的电化学性能。研究发现,褶皱的石墨烯纳米片均匀分散在钴镍双金属氢氧化物中,这改善了钴镍双金属氢氧化物的传导性和结构稳定性。在0.25 A.g-1电流密度下,复合材料的比电容量是800.2 F.g-1。当电流密度增加至10 A.g-1,比电容量为386.5 F.g-1,恒电流充-放电500次后比电容量仍能保持99%以上,这些呈示该复合材料具有优良的电化学性能。     

石墨烯/钴镍双氢氧化物复合材料的制备及其超电容特性

采用氧化石墨(GO)还原法制备石墨烯(GNS),以氨水为沉淀剂,在石墨烯存在的情况下,通过Co²⁺和Ni²⁺化学共沉积的方法合成了石墨烯/钴镍双氢氧化物复合电极材料,采用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、比表面积测试(BET)等技术手段表征了产物的组成、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。 研究发现,石墨烯纳米片均匀分散在钴镍双氢氧化物中,改善了钴镍双氢氧化物的传导性和结构稳定性。 电化学测试表明,在1 A/g的电流密度下,复合材料比电容高达2770 F/g,且循环500次后,比电容仍能保持93.4%,呈示该复合材料具有优异的电化学性能。     

碳纤维表面羰基铁的原位生长及吸波性能

以Fe(CO)5为前驱体,通过金属有机化学气相沉积(MOCVD),在碳纤维(CF)表面构筑厚度为纳米级的羰基铁(CI)壳层,通过改变沉积温度,调控核壳粉体的形貌结构和吸波性能。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和矢量网络分析仪对粉末的结构及电磁性能进行表征并对其吸波性能进行研究。结果表明:随着沉积温度升高(210~240℃),沉积到CF表面的羰基铁颗粒互相“吞并-融合”,此时CF-CI形成了完整的薄膜包覆型核壳结构;沉积温度太高时(270℃)会造成CF表面羰基铁壳层形貌的恶化。通过调节沉积温度,在纳米尺度上可以有效调控CI壳层的形貌,从而调节CF-CI核壳粒子的电磁性能。以核壳形貌及吸波性能为考察指标,最终确定最佳的沉积温度为240℃。以沉积温度为240℃时所获样品的电磁参数,模拟计算出涂层厚度为0.9 mm时,小于-10 dB的吸波带宽最大为4.6 GHz(13.4~18 GHz);涂层厚度为2.0 mm时,反射率达到最小值为-21.5 dB;厚度为0.9~3.9 mm时,在2~18 GHz均能实现吸波强度低于-10 dB。     

层状氢氧化镁铝焙烧产物对SCN-的吸附性能

研究了层状氢氧化镁铝焙烧产物对SCN-的吸附行为,考察了焙烧温度、吸附温度、时间、pH值等因素对吸附的影响.在SCN-初始浓度为25 mg/L,温度为40℃,焙烧物投加量为2 g/L,pH值为6的条件下,4 h达到吸附平衡,SCN-脱除率可达96.91%.吸附过程符合Langmu ir等温方程式,主要是单分子层的吸热吸附.     

Co2+含量对CoAl-LDHs焙烧产物结构、组成及其生长碳纳米管的影响

采用成核晶化隔离法将Co²⁺引入层状双金属氢氧化物(LDHs),得到了含不同Co²⁺/Al³⁺物质的量的比为1∶1,2∶1,3∶1的二元钴铝碳酸根型LDHs(CoAl-LDHs)。通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜-能量散射谱(SEM-EDS)、拉曼光谱(Raman)、程序升温还原(TPR)及X射线光电子能谱(XPS)等方法对CoAl-LDHs焙烧产物的结构、组成及其化学气相沉积(CCVD)催化生长多壁碳纳米管(CNTs)进行了研究。结果表明：CoAl-LDHs前体中钴的含量可以明显改变焙烧产物的组成分布和还原性能,并最终影响CNTs的生长,其中以n_Co²⁺/n_Al³⁺比为2/1的LDHs作为催化剂前体可以得到管径均匀和石墨化程度高的CNTs,这与还原得到的纳米活性Co颗粒均匀分散有关。     

CoNi2S4上电沉积NiS用于柔性固态非对称超级电容器

采用一种在CoNi2S4上电沉积NiS的有效方法来改善钴/镍硫化物的性能。CoNi2S4@NiS电极材料在1 A·g^-1时比电容达到1433 F·g^-1,并具有很好的倍率性能。CoNi2S4@NiS和还原氧化石墨烯组装成的柔性固态非对称超级电容器的能量密度在功率密度为800 W·kg^-1时达到36.6 Wh·kg^-1,并且在10000次充放电后表现出良好的循环性能,循环保持率达87.8%。     

层间水分子含量对铜铁水滑石超分子作用力的影响

构建铜铁水滑石[Cu₃Fe-LDHs-yH₂O(y=0-2)]周期性计算模型, 采用密度泛函理论(DFT), 选取CASTEP程序模块, 对体系进行几何全优化, 从结构参数、氢键布居、Mulliken电荷布居、逐级水合能等角度研究了层间NO₃^-和H₂O的分布形态及其与水滑石(LDHs)层板的超分子作用, 探究了水分子数目对体系姜-泰勒效应的影响. 结果表明, Cu₃Fe-LDHs-yH₂O主客体间存在着较强的超分子作用力, 主要包括氢键和静电作用, 其中氢键作用在水合过程中起主导作用, 氢键强度的顺序是层板-阴离子(L-A)型＞阴离子-水(A-W)型＞层板-水(L-W)型＞水-水(W-W)型; 随着层间水分子数的增加, 层间距先略微降低后显著升高, Cu₃Fe-LDHs体系的Cu—O八面体被逐渐拉长, 层板Cu²⁺的姜-泰勒畸变程度逐渐增大, 体系的逐级水合能绝对值逐渐降低, 说明Cu₃Fe-LDHs的水合程度不会无限增加, 而是具有一个饱和值. Cu₃Fe-LDHs-1H₂O构型接近理想六方晶胞, 层板金属畸变程度最小, 稳定性最高, 层间距与实验值较吻合, 推测其为实验上合成的Cu₃Fe-LDHs较稳定的构型.