表面官能团化增强碳纳米笼超级电容器性能

以具有多级孔结构、高比表面积、良好导电性等特征的碳纳米笼(CNCs)为前体,采用硝酸氧化法在CNCs表面引入含氧官能团。以CNCs为超级电容器电极材料,在相同电流密度下,官能团化样品的比电容显著高于纯CNCs;在1 A·g-1下比电容最高可达到255 F·g-1,比纯CNCs的188 F·g-1增加了34%,这表明表面含氧官能团化能够显著提高CNCs的超级电容器比电容。在100 A·g-1的大电流密度下,硝酸氧化后CNCs的比电容保持在111~167 F·g-1,表明具有良好的耐大电流充放电性能。在10 A·g-1的电流密度下循环10 000圈后,CNC-6M样品的比电容由196 F·g-1下降到176 F·g-1,样品的比电容仍保留90%,具有良好的循环稳定性。表面含氧官能团化CNCs所表现出的这种优异的超级电容器性能归因于CNCs的多尺度分级孔结构、高比表面积、良好的导电性、表面亲水性含氧官能团化带来的浸润性提高和引入的赝电容。     

基于原位聚合凝胶电解质的碳纳米笼//三氧化钨纳米棒超级电容器

发展非对称超级电容器可有效提升超级电容器能量密度,选择电极材料和电解质是关键.分级结构碳纳米笼因具有比表面积大、微孔-介孔-大孔共存、导电性好、稳定性高等优点,特别适合用作超级电容器电极材料.进一步通过N,S共掺杂引入赝电容、改善浸润性,所得的氮硫共掺杂碳纳米笼(NSCNC)在1 mol·L-1 H29O4溶液、电势范...     

富氮掺杂碳空心纳米笼协同钴镍硫化物提升超级电容器性能

采用简单的热解-硫化两步法成功制备了一种新型的富氮掺杂碳空心纳米笼(NC)负载双元金属硫化物纳米颗粒(CoNi_xS_y)的复合材料 CoNi_xS_y/NC。该策略以丁二酮肟镍为镍源,增加了活性位点,同时前驱体 ZIF-8@Ni-ZIF-67的核壳结构为空心碳纳米笼的构建提供了可能性。这种独特的负载多金属硫化物纳米颗粒的中空结构使CoNi_xS_y/NC作为电极材料时具有更多的活性位点、更高的导电性和结构稳定性,从而使其具有较高的比容量(1 A·g^-1时比容量为629.2 F·g^-1),优异的循环稳定性(1 A·g^-1下1 000次循环测试后容量保持率为93.4%)。当将其进一步组装成对称超级电容器后,在1 A·g^-1下可提供207.2 F·g^-1的比电容,1 000圈循环稳定后的容量保持率为85.36%。     

富氮掺杂碳空心纳米笼协同钴镍硫化物提升超级电容器性能

采用简单的热解-硫化两步法成功制备了一种新型的富氮掺杂碳空心纳米笼(NC)负载双元金属硫化物纳米颗粒(CoNi_xS_y)的复合材料CoNi_xS_y/NC。该策略以丁二酮肟镍为镍源,增加了活性位点,同时前驱体ZIF-8@Ni-ZIF-67的核壳结构为空心碳纳米笼的构建提供了可能性。这种独特的负载多金属硫化物纳米颗粒的中空结构使CoNi_xS_y/NC作为电极材料时具有更多的活性位点、更高的导电性和结构稳定性,从而使其具有较高的比容量(1 A·g^-1时比容量为629.2 F·g^-1),优异的循环稳定性(1 A·g^-1下1 000次循环测试后容量保持率为93.4%)。当将其进一步组装成对称超级电容器后,在1 A·g^-1下可提供207.2 F·g^-1的比电容,1 000圈循环稳定后的容量保持率为85.36%。     

镍掺杂花状纳米碳片的制备及其在超级电容器中的应用

本文通过溶剂热法"一锅"制备了镍掺杂的花状纳米碳片(Ni/FCNAs)。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对该复合材料的表面形貌和结构进行了分析。循环伏安和恒流充/放电测试结果表明,Ni/FCNAs具有较大的比电容值且电化学稳定性良好。在电流密度为0.1 A.g-1时,Ni/FCNAs电极的比电容可达176 F.g-1。本文同时也提出了Ni/FCNAs可能的形成机理。     

超级电容器用纳米二氧化锰的合成及其电化学性能

应用低温固相法和化学沉淀法制备4种用于电化学电容器的纳米级二氧化锰.由XRD、SEM和循环伏安等表征和测试其物化性能及电容特性.结果表明,该二氧化锰材料的颗粒尺寸约几十nm,在0.1 A.g-1电流密度下放电时产物的比电容最高,可达149F.g-1,二氧化锰的大倍率放电性能与其结构特征直接相关,材料的晶体结构越完整其大倍率放电性能越好.     

自掺杂氮多孔交联碳纳米片在超级电容器中的应用

自掺杂氮的多孔交联碳纳米片（N-ICNs）是将蒲公英种子通过一步活化碳化法制备的.蒲公英种子本身富含氮,不需要进行额外的掺杂处理,可以作为理想的碳前驱体.通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）对所制备的碳材料的微观形貌和组成成分进行了表征.基于高含氮量（2.88%）,N-ICNs在1 A·g^-1下具有337 F·g^-1的比电容和优异的倍率性能.此外,由N-ICNs组合成的对称型超级电容器在操作电压范围为0~2 V时具有很高的能量密度（25.3 Wh·kg^-1）和功率密度（900 W·kg^-1）,并且在循环10000次后仍具有98%的电容保持率.因此,N-ICNs将是一种非常理想的电极材料.     

纳米氧化钴－氧化钌复合型超级电容器的研究

A novel type of composite electrode based on sheet like cobalt oxide particles has been used in supercapacitors. Cobalt oxide cathodically deposited from Co（NO3）2 solution with carbon nanotubes as matrix exhibited large pseudo-capacitance of 322 F·g^-1 in 6 mol·L^-1 KOH. A sol-gel process for the preparation of ultrafine RuO2 particles was developed to design electrodes with large surface area. The composite electrodes were developed by the deposition of RuO： on the surface of carbon nanotubes. A specific capacitance of 785 F·g^-1 can be achieved with the 20% carbon nanotubes loaded. To characterize the metal oxide nanocomposite electrode, a cyclic voltammetry and AC impedance test are executed. This study also reports a hybrid capacitor, which consists of cobalt oxide composite as a cathode and ruthenium oxide composite as an anode. The electrochemical performance of the hybrid capacitor is characterized by a dc charge/discharge test and cyclic voltammograms. The hybrid capacitor shows capacitor behavior with an extended operating voltage of 1.4 V. The maximum energy density and specific power density of the cell reach the value of 23.7 and 8.1 kW·g^-1 respectively. The hybrid capacitor exhibits high-energy density and stable power characteristics.     

多孔碳材料的化学气相后处理及其超级电容性能

以廉价的椰壳为原料制备了高比表面积的多孔碳材料,然后在密闭的反应釜中以硝酸蒸汽对多孔碳材料进行了后处理,制备了亲水性更好的多孔碳材料。采用扫描透射电子显微镜(TEM)、物理吸附、X射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和接触角测试对材料的微观形貌、孔道结构、组成和亲水性进行了表征,探究了不同温度下硝酸蒸汽对多孔碳材料的形貌、结构的影响,并采用循环伏安法、恒电流充放电法和交流阻抗法考察了多孔碳材料的超级电容性能。结果表明,经过硝酸蒸汽处理后的多孔碳材料的比表面积和孔体积均有所降低,且随着处理温度的升高,降低得更加明显,而亲水性却越来越好。电化学测试结果表明,经过100℃硝酸蒸汽处理的多孔碳材料(CSC-100)具有最佳的超级电容性能。在以6 mol·L^-1 KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^-1时CSC-100的比电容可达452.9 F·g^-1,而未经硝酸蒸汽处理的多孔碳材料(CSC)的比电容仅为350.4 F·g^-1。电容贡献分析表明CSC-100良好的亲水性和表面官能团不仅提高了双电层电容,也提高了赝电容。     

静电纺丝法制备煤基纳米碳纤维及其在超级电容器中的应用

以氧化处理的新疆库车原煤、聚丙烯腈(PAN)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为原料,通过静电纺丝法制备了直径均匀的煤基纳米碳纤维前驱体,经高温碳化、CO2活化得到煤基超级电容器电极材料.使用X射线能谱仪、物理吸附仪、扫描电子显微镜、红外光谱仪和热分析仪等对前驱体及产物进行了表征.结果表明,原煤经过高锰酸钾氧化处理后,部分连接大分子的烷基链被打断,含氧基团明显增多,使原煤在DMF中的溶解度大幅提高.电化学测试结果表明,在电流密度为1 A/g时,煤基活化碳纤维的比电容为259.7F/g,在1000次循环充放电后比电容仍然保持99.2%.     

碳化钙骨架碳的N,O功能化及其电化学性能

以碳化钙为前驱体, 新鲜制备的高活性氯气为刻蚀剂, 采用低温一步合成法制备了多孔结构的碳化钙骨架碳 (CCDC). 将CCDC用硝酸进行氧化处理后, 在氩气保护下, 分别用尿素、三聚氰胺在950 ℃下碳化, 制备出富氮功能化的CCDC. 采用红外光谱、扫描电镜、元素分析等手段对材料进行物理表征, 发现功能化的CCDC有明显的氮、氧官能团存在, 极大地改善了CCDC的结构和表面活性. 将功能化的CCDC作电极材料并组装成超级电容器进行循环伏安、恒流充放电、循环寿命等电化学性能测试. 结果表明, 经硝酸、尿素、三聚氰胺处理后的CCDC电极, 在1 mol/L H₂SO₄中比电容分别达到181.5, 210.8和225.4 F•g^－1, 比处理前分别增长了17.3%, 36.3%和45.7%, 且循环5000次后, 容量几乎没有衰减.     

介孔碳纳米纤维制备与超电容性能研究

采用低分子量酚醛树脂/F127混合物填充多孔氧化铝模板孔道,制备了大尺寸介孔孔道、核-壳结构的介孔碳纳米纤维.分别以SEM、TEM及N2等温吸附-脱附观察分析样品形貌和孔结构参数.循环伏安与恒流充放电测定该介孔纳米纤维电极(阳极)的超电容性能.结果表明:介孔碳纳米纤维比电容明显增大,且在高扫速、大电流下具有良好的超电容特性.     

热解碳包覆的碳纳米管复合二氧化锰薄膜超级电容器

通过化学气相沉积(CVD)的方法,在碳纳米管(CNT)薄膜及其连接处沉积热解碳(PC)来限制CNTs之间的滑移。通过扫描电镜(SEM)观察发现,热解碳(PC)的沉积使得CNT表面更加平整,且表面的孔洞更加均匀。通过应力应变及亲疏水性测试发现,CNT/PC复合薄膜的拉伸强度增加了200%,水与薄膜的静态接触角由123°减小到78°。其后通过电化学沉积的方法,制备得到CNT/PC/MnO2薄膜电极材料,通过电化学测试得知,在1 mA/cm^2的电流下单电极的比电容为326 mF/cm^2,可以稳定循环10000圈,电容的保持率稳定在100%左右。     

基于碳纳米管－聚苯胺纳米复合物的超级电容器研究

为了提高碳纳米管的比容, 采用化学原位聚合的方法在碳纳米管的表面包覆聚苯胺, 制备碳纳米管-聚苯胺纳米复合物. 运用TEM和IR对样品进行了表征. 通过循环伏安研究样品的电化学特性. 利用恒流充放电考察基于碳纳米管-聚苯胺复合物超级电容器的性能. 在相同实验条件下, 对碳纳米管进行了比较分析. 实验结果表明, 在电流密度为10 mA/cm²时, 碳纳米管和碳纳米管-聚苯胺复合物的比容分别为52和201 F/g. 基于碳纳米管-聚苯胺纳米复合物的超级电容器的能量密度达到6.97 Wh/kg, 并且具有良好的功率特性.     

氢氧化钾活化制备超级电容器多孔碳电极材料

具有高比表面积、良好导电性的多孔碳材料在超级电容器中有着广泛的应用前景. 大量的研究工作致力于通过物理或者化学手段合成并调控多孔材料的微观结构. 在众多多孔碳材料的制备方式中,氢氧化钾作为一种高效的活化剂,常用于制备具有良好孔径分布和高比表面积多孔碳电极材料. 本文主要结合作者课题组的研究工作,着重概述利用氢氧化钾活化sp²碳纳米材料制备多孔碳材料的机理过程、结构形貌的转变以及所得材料的电化学性能,希望对发展新型的高性能基多孔碳材料的超级电容器电极材料有所帮助.     

Mesoporous Manganese Oxide/Lignin-Derived Carbon for High Performance of Supercapacitor Electrodes

This study explores the modification of lignin with surfactants, which can be used as a template to make mesoporous structures, and can also be used in combination with manganese oxide to produce manganese oxide/lignin-derived carbon. Organosolv extraction, using ethanol (70%) at 150 °C, was carried out to extract lignin from oil palm wood. Lignin was then mixed with Pluronic F-127, with and without Mn(NO₃)₂, and then crosslinked with acidic formaldehyde, resulting in a carbon precursor-based modified lignin. Carbonization was carried out at 900 °C to produce lignin-derived carbon and manganese oxide/lignin-derived carbon. The characterization materials included Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, scanning electron microscope-energy dispersive X-ray (SEM-EDX) mapping, X-ray diffraction (XRD), and N₂-sorption analysis. FTIR curves displayed the vibration bands of lignin and manganese oxide. SEM images exhibited the different morphological characteristics of carbon from LS120% (lignin with a Pluronic surfactant of 120%) and LS120%Mn20% (lignin with a Pluronic of 120% and Mn oxide of 20%). Carbon LS120% (C-LS120%) showed the highest specific surface area of 1425 m²/g with a mean pore size of 3.14 nm. The largest mean pore size of 5.23 nm with a specific surface area of 922 m²/g was exhibited by carbon LS120%-Mn20% (C-LS120%-Mn20%). C-LS120%Mn20% features two phases of Mn oxide crystals. The highest specific capacitance of 345 F/g was exhibited by C-LS120%-Mn20%.     

氮掺杂碳纳米笼固载钌纳米粒子的费托合成性能

费托合成可以将来源广泛的合成气转化为低碳烯烃和燃油等高附加值化学品, 是后石油时代的重要化工过程, 而发展高性能的催化剂是该工程产业化的关键. 以具有高比表面积和高氮含量的氮掺杂碳纳米笼(NCNC)为载体, 采用等体积浸渍法制备了Ru的质量分数为20%的Ru/NCNC催化剂, 所得Ru纳米颗粒均匀分散, 相比于未掺杂碳纳米笼负载的Ru催化剂(Ru/CNC), Ru纳米粒子尺寸更小且分布更集中. Ru/NCNC催化剂展现出优异的费托合成催化性能, 在0.5 MPa和220 ℃的温和条件下, 具有高的催化活性、高的C₅₊选择性(55.7%)、低的CH₄选择性(13.5%)和高的催化稳定性(60 h, CO转化率保持在≈33%), 显著优于Ru/CNC. 这可归因于N掺杂提高了Ru活性中心的数量和电子态密度以及表面碱性, 增强了金属-载体相互作用, 进而提高Ru/NCNC的催化活性、长链产物(C₅₊)选择性、抗烧结能力和催化稳定性. 本研究提供了一条通过掺杂碳载体设计提升费托合成催化剂性能的有效策略.