共价有机骨架衍生碳基材料的制备及其电化学性能

设计具有多孔结构、比表面积大的高性能电极材料对于发展高能量密度的超级电容器尤为重要.本文报道以共价有机骨架材料为前驱体,通过简单热处理构建出一种氮掺杂的多孔碳纳米材料作为超级电容器电极材料.该材料显示出高导电性和高表面积,其应用于超级电容器作为负极时表现出高的面积比容量.在电流密度为1mA·cm-2时,其面积比容量可达...     

激光诱导三维网状石墨烯的一步法制备及应用

三维多孔石墨烯作为一种优异的石墨烯碳材料, 其独特的多孔结构使得材料在具有较大比表面积的同时还保持着足够高的电子迁移率和机械稳定性, 在电子器件中得到了广泛的应用. 本文介绍的激光诱导石墨烯是一种以一步法直接制备得到的三维网状石墨烯材料, 该技术将三维石墨烯的制备和图案化相结合, 无需进行湿化学反应处理, 制作方法更简便, 材料性能更优异. 目前研究主要集中在通过掺杂提高性能和利用转移法实现不同基底器件的制备. 激光诱导石墨烯自身特有的属性如多孔微纳米结构和大的比表面积等使其在超级电容器和传感器等领域拥有较高的应用价值.     

自支撑三维功能化石墨烯/聚苯胺电极材料的制备及超级电容性能

采用水热法制备了三维石墨烯(3D-G),并以十八胺(ODA)为接枝剂对部分还原的氧化石墨烯进行氨基化处理,再利用原位聚合法在氨基化石墨烯表面生长聚苯胺,制备了十八胺功能化石墨烯/聚苯胺(G-ODA/PANI).对材料进行了结构表征、电化学性能分析和材料结构的比电容贡献分析.结果显示,电极材料的电容贡献大部分体现为材料的表面电容,G-ODA/PANI电极片在1 A/g电流密度时的比电容最高可达1080 F/g,是未功能化石墨烯/聚苯胺电极材料(G/PANI)的2.57倍,且循环稳定性也有很大的提高,循环10000周后的比容量保持率为90.8%,比G/PANI高9.6%.     

石墨烯基纤维电容器的可控制备及应用

超级电容器又名电化学电容器,是一种绿色储能器件。 超级电容器的研究,从根本上讲是寻找比表面积大且可以被充分利用的电极材料。 石墨烯作为sp²杂化碳质材料的基元单位,具有独特的二维结构和优异的物化特性,使得其在超级电容器领域具有巨大的应用潜力,其中石墨烯纤维超级电容器受到了研究工作者越来越广泛的关注。 本文通过对一维石墨烯纤维的自组装以及与制备材料的共组装来作为超级电容器的电极材料,对其可控制备进行了系统的归纳和总结,可控构建独特的电极材料,使其性能得以优化,组装出高性能的超级电容器,并对相关领域的发展趋势做了展望。     

石墨烯/聚吡咯纳米纤维超级电容器电极材料的制备及其电化学性能

超级电容器因其具有较高的循环稳定性和较好的能量密度而成为储能器件中的研究热点,其电极材料及制备方法是决定超级电容器电化学性能的关键因素。 本文以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)为软模板,通过一步原位聚合法成功地制备了石墨烯/聚吡咯纳米纤维(GR/PPy NF)复合超级电容器电极材料。 通过X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等对复合材料的结构和形态进行了系统的表征。 利用电化学方法对GR/PPy NF复合电极材料的电化学性能进行了系统的分析。 结果表明,在电流密度0.5 A/g下,纳米复合材料的比电容量高达969.5 F/g,在充放电600圈之后,仍可保留初始比电容的88%,展示了良好的电容性能及循环稳定性。 GR/PPy NF制备简单,性能优异,是一种很有前途的能量转换/存储材料。     

三维石墨烯材料制备方法的研究进展

石墨烯是由单层碳原子组成的新型二维碳纳米材料,因其众多独特而优异的理化特性,已成为近年来材料科学领域中最耀眼的明星材料。整合二维(2D)石墨烯形成具有微纳米结构的三维(3D)石墨烯材料,可有效调控石墨烯的电学、光学、化学、机械和催化特性。近期研究发现,基于3D石墨烯构建的功能器件在储能、环境、传感及生物分析领域表现出更为突出的性能。因而,制备新型3D石墨烯材料已成为当前石墨烯化学的研究热点。目前3D石墨烯材料的制备方法主要包括溶液自组装、界面自组装、模板介导合成法等。通过改变原材料或制备方法,可以有效调控3D石墨烯柔韧性、多孔性、活性面积、电子传递速度及传质等性能。本文介绍了当前3D石墨烯材料制备方法的研究进展,并简要评述3D石墨烯材料制备研究中所面临的挑战及应用前景。     

3D石墨烯基气凝胶的制备及在超级电容器中的应用

超级电容器作为一种新型的能源存储装置,由于其较高的功率密度、优良的充放电特性、超长的循环寿命,使其在移动电源,新能源汽车等众多领域具有非常广泛的应用前景.3D石墨烯基气凝胶具有多孔结构、大的比表面积、高的导电率、优异的机械性能和电子传输能力,它一直被认为是超级电容器的理想电极材料.本文综述了3D石墨烯基气凝胶的制备方法...     

CVD 法制备三维石墨烯的电化学储能性能

维石墨烯是由二维石墨烯构成的三维网络结构,多孔的网络结构赋予了三维石墨烯超大的比表面积、超高的机械强度以及优异的电子传输通道. 因其优异的性能,三维石墨烯及其复合材料已经广泛地应用于能源、化学和生物等研究领域. 在三维石墨烯的合成方法中,化学气相沉积法由于制备的三维石墨烯具有高纯度、良好结晶性和优异的机械性能而备受推崇. 本文结合当前研究热点,综述了化学气相沉积法制备三维石墨烯及其复合材料在电化学储能领域（铝电池、锂离子电池、锂-硫电池、钠离子电池、金属-空气电池、超级电容器）中的应用,并简要评述当前化学气相沉积法制备三维石墨烯在应用中所面临的挑战及发展前景.     

类石墨烯碳材料的制备及其电容性能研究

利用三聚氰胺高温下缩聚产生的g-C₃N₄作为二维模板, 同时利用其与对苯二甲醛发生席夫碱反应产生聚合物以及聚合物的碳化, 制备了具有二维形貌的类石墨烯片层碳材料(GLCS), 随后, 将GLCS用KOH进行活化, 得到了具有多孔结构的a-GLCS. 对材料进行透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱测试(XPS)、拉曼光谱(Raman)和比表面积分析(BET), 并将材料用作超级电容器电极材料进行电化学测试. 结果表明该方法能够制备得到二维片层碳材料, 并且材料中掺杂有一定量的氮元素. GLCS经过KOH活化后, 比表面积和电容性能都有了大幅提高, 电流密度为1 A/g时GLCS和a-GLCS比容量分别为160和300 F/g.     

Recent Advances in the Synthesis and Application of Three-Dimensional Graphene-Based Aerogels

Three-dimensional graphene-based aerogels (3D GAs), combining the intrinsic properties of graphene and 3D porous structure, have attracted increasing research interest in varied fields with potential application. Some related reviews focusing on applications in photoredox catalysis, biomedicine, energy storage, supercapacitor or other single aspect have provided valuable insights into the current status of Gas. However, systematic reviews concentrating on the diverse applications of 3D GAs are still scarce. Herein, we intend to afford a comprehensive summary to the recent progress in the preparation method (template-free and template-directed method) summarized in Preparation Strategies and the application fields (absorbent, anode material, mechanical device, fire-warning material and catalyst) illustrated in Application of 3D GAs with varied morphologies, structures, and properties. Meanwhile, some unsettled issues, existing challenges, and potential opportunities have also been proposed in Future Perspectives to spur further research interest into synthesizing finer 3D GAs and exploring wider and closer practical applications.     

基于离子液体的炭材料制备、改性及应用

离子液体因其熔点低、液态温域宽、蒸气压低、热稳定性高、电导率高、电化学窗口宽、结构可设计及对许多化合物的亲和性等系列性能而引起人们广泛关注。离子液体在炭材料制备、改性领域展示出了良好的前景及巨大的应用潜力,可直接作为碳源,经过高温炭化实现杂原子掺杂制备多孔炭材料;离子液体也可充当反应介质和致孔剂,将生物质转化为多孔炭材料;此外,由于离子液体与炭材料相容性较好,可以用于多孔炭材料改性制备炭复合材料。基于离子液体的炭材料在电催化、超级电容器、吸附分离及生物医学等领域具有潜在的应用价值。本文总结了基于离子液体炭材料的制备、改性及应用最新研究进展,并着重介绍了其在能源和环境相关领域的应用。     

Emulsion Inks for 3D Printing of High Porosity Materials

Photocurable emulsion inks for use with solid freeform fabrication (SFF) to generate constructs with hierarchical porosity are presented. A high internal phase emulsion (HIPE) templating technique was utilized to prepare water‐in‐oil emulsions from a hydrophobic photopolymer, surfactant, and water. These HIPEs displayed strong shear thinning behavior that permitted layer‐by‐layer deposition into complex shapes and adequately high viscosity at low shear for shape retention after extrusion. Each layer was actively polymerized with an ultraviolet cure‐on‐dispense (CoD) technique and compositions with sufficient viscosity were able to produce tall, complex scaffolds with an internal lattice structure and microscale porosity. Evaluation of the rheological and cure properties indicated that the viscosity and cure rate both played an important role in print fidelity. These 3D printed polyHIPE constructs benefit from the tunable pore structure of emulsion templated material and the designed architecture of 3D printing. As such, these emulsion inks can be used to create ultra high porosity constructs with complex geometries and internal lattice structures not possible with traditional manufacturing techniques.

     

二维黑磷的结构、制备和性能

磷有多种同素异构体: 红磷、白磷、黑磷, 其中黑磷热力学稳定. 二维材料因其低维效应而备受关注, 而近期二维黑磷的成功制备使其成为二维材料的新成员. 二维黑磷是带隙可调的片层结构半导体材料, 在光电领域有很大的潜力, 因而备受瞩目. 本文大量引用参考文献, 综述了黑磷的结构、制备方法, 并详细介绍了二维黑磷的各种性质及其器件性能的研究, 以及化学稳定性及防降解措施. 最后分析了二维黑磷的研究发展趋势.     

多孔碳材料的制备

多孔碳材料不仅具有碳材料化学稳定高、导电性好等优点,由于多孔结构的引入,还具有比表面积高、孔道结构丰富、孔径可调等特点,在催化、吸附和电化学储能等方面都得到了广泛的应用。本文综述了微孔、介孔、大孔及多级孔碳等多孔碳材料的最新研究进展,重点介绍了多孔碳孔道结构的调控,并对多孔碳材料的应用进行了展望。     

基于聚多巴胺的氮掺杂碳材料的制备及其电化学性能

多孔碳材料由于高的比表面积、优异的电子传导率、良好的化学稳定性等优点在超级电容器电极材料领域被广泛研究。 碳材料的组成及表面孔结构直接影响其电化学性能,为进一步提高碳材料的电容性能,本文首次以聚多巴胺球为前体,KOH为活化剂,通过高温碳化成功制备了良好电化学性能的氮掺杂多孔碳材料。 通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、 X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)和Raman光谱等对所制备的氮掺杂多孔碳材料进行了形貌及结构组成的表征。 在6 mol/L KOH电解液中, 采用循环伏安、恒电流充放电对多孔碳材料的电化学性能进行了研究。 结果表明,由于双电层电容和赝电容的协同作用,在电流密度为1 A/g时,材料的比电容可达269 F/g,充放电循环1000圈后电容仍可保留初始值的93.5%。     

有机膦酸铜化合物的合成、结构及性质

由于在分子识别、传感器、催化等方面的潜在应用前景，近年来金属有机膦酸化学研究引起了人们广泛的关注。本文介绍有机膦酸铜化合物的结构、合成及性质研究方面所取得的一些进展。     

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.     

焦炭特性及成分分析用标准物质的研制

介绍焦炭特性及成分分析用标准物质的研制过程。对标准物质进行了均匀性检验和稳定性考察,8家权威实验室用准确可靠的方法参与协作定值,确定了22个项目的标准值和扩展不确定度。粒度分析和成分分析结果表明该标准物质均匀性良好,在5年内性质稳定。     

三维纳米枝状物表面制备蛋白质印迹聚合物及其性能

在金电极表面制备了3D金/铜纳米枝状物,并以丙烯酰胺为功能单体,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,血红蛋白为模板分子,在枝状物表面成功制备了蛋白质印迹聚合物。利用循环伏安法和扫描电子显微镜对制备的聚合物修饰电极进行了表征,通过微分脉冲伏安法、利用制备的聚合物修饰电极可对溶液中的血红蛋白进行检测,得到比已报道的类似印迹传感器更宽的检测范围和更低的检测下限,其线性范围为1.0×10~(-14)~1.0×10~(-1)mg/L,检测限为1.9×10~(-15)mg/L(S/N=3),相关系数为0.9975。实验结果表明,在电极表面制备的金/铜纳米枝状物,大大提高了电极的电子传递能力,也提高了印迹聚合物修饰电极的检测范围。