电化学法制备石墨烯基复合材料及其在超级电容器中的研究进展

石墨烯及其复合材料作为一种新型功能材料在能量存储领域受到广泛的关注。电化学制备技术相比于其他的制备手段具有安全、高效、绿色的优点。本文综述了电化学法制备石墨烯/纳米金属复合材料、石墨烯/金属氧化物(氢氧化物)复合材料、石墨烯/聚合物复合材料等的研究进展及其在超级电容器上的应用,以期为电化学制备石墨烯及其复合材料在超电领域的研究提供参考。     

Ti3C2Tx MXene制备及在超级电容器中的应用研究进展

二维材料(2D)MXenes因其具有高比表面积、高导电率、可溶液加工等特性,作为超级电容器电极材料受到广泛关注。本文中总结了基于HF和氟化盐的刻蚀、基于碱的刻蚀、电化学刻蚀、路易斯酸熔融盐刻蚀等几种Ti₃C₂T_x MXene的制备方法,综述了真空辅助过滤、阳离子自组装、逐层组装工艺、印刷工艺、组装MXene气凝胶和水凝胶等Ti₃C₂T_xMXene基电极材料的组装策略及其在超级电容器的应用。研究表明,不同制备方法和电极组装策略将会影响电极材料的结构和电化学性能。对Ti₃C₂T_x MXene的制备方法和电极组装策略进行了对比总结,指出了研究中存在的问题,并展望了MXene今后的研究方向。     

用于超级电容器的二硫化钼纳米片制备及电化学性能研究

以钼硫摩尔比为1∶15的钼酸钠和硫脲为原料,采用高温固相法结合球磨的方法制备二硫化钼(MoS₂)纳米片并用于超级电容器。利用热重-差示扫描量热、X射线衍射和扫描电子显微镜对样品的热稳定性、物相及微观形貌进行表征,并采用循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)和电化学阻抗(EIS)等技术测试样品的电化学性能。结果表明：经过750℃烧结并于700 r·min^-1转速下球磨10 h所制的MoS₂层数为88层;在充放电电流密度为0.5和1 A·g^-1条件下,该样品比电容分别为82.4和60.9 F·g^-1(优于球磨前的54.6和24.0 F·g^-1),经过2 000次充放电循环,比电容保持率达92.4%。     

超级电容器用MnO2基复合电极材料研究现状与展望

超级电容器因其功率密度高、环保性能优异等特点引起人们的兴趣.二氧化锰具有天然含量丰富、绿色环保、高比容量和晶体结构多样性等优点,是一种优良的电极材料.但二氧化锰的导电性能差,工作过程中结构不稳定等缺点严重影响了其电化学性能.本文对本课题组和国内外学者多年来对MnO2应用金属掺杂、硫化物、碳材料、导电聚合物复合、微观结构改性构建核壳结构等研究成果进行总结概括,并展望今后的工作研究方向和重点.     

过程工程所氧化锰电极材料在超级电容器中的应用研究获进展

超级电容器具有比锂离子电池更高的功率密度以及相对传统双电层电容器更高的能量密度,近年来引起了人们广泛的研究兴趣,并在相关领域实现了商业应用。在众多电极材料当中,氧化锰因其具有理论比电容量高、环境友好、价格低廉等特点,成为最有潜力的超级电容器电极材料之一。然而,比表面积低、电子及     

石墨烯/金属氧化物在超级电容器中的应用

超级电容器是新颖的储能材料,石墨烯/金属氧化物复合材料是超级电容器的优秀电极材料.石墨烯的褶皱结构促进了离子电子的快速传输并且促进了电解质和电极材料之间的充分接触,金属氧化物具有高的理论比电容,并且可以通过协同效应进行快速可逆的氧化还原反应.它不仅可以提高材料的比功率和比能量,还可以提高材料的循环稳定性.综合石墨烯/金属氧化物复合材料在超级电容器领域的研究现状,对未来复合材料的发展趋势进行了展望.     

氧化还原法制备氧化锰超级电容器电极材料

以高锰酸钾(KMnO4)和聚乙烯吡络烷酮(PVP)为原料,采用氧化还原法制备介孔氧化锰.研究发现,产物的晶型和微观结构受KMnO4溶液浓度的影响.当KMnO4溶液浓度从0.1 mol·L-1增加到0.3 mol·L-1,产物从比表面积13.6 m2·g-1的晶态Mn3O4转变成比表面积约60 m2·g-1的非晶态MnO2.电化学测试表明:非晶MnO2具有最佳电化学性能,在2 mol·L-1 KOH溶液中,1 A·g-1的电流密度下的比电容可达442 F·g-1,5 A·g-1的电流密度下循环1100次后比电容保有率为72.6;.     

NiTe电极材料的制备及其在超级电容器中的应用

采用二氧化碲(TeO2)为碲源,泡沫镍作为镍源及基底,水合肼(N2H4· H2O)为还原剂,利用一步水热法原位生长片状NiTe材料.将制得的NiTe作为超级电容器的电极材料,研究了水热温度对产物的微观形貌及电化学性能的影响规律,结果表明:当水热温度为180 ℃时,所制得的NiTe为均匀的片状结构,在三电极体系下获得的NiTe电极最大的质量比电容为603.6 F· g-1.利用 NiTe和AC 分别作为正极和负极,制备了非对称超级电容器(ASC).NiTe//AC ASC可以将电位窗口扩展到1.6 V,最大的能量密度和功率密度分别为25.8 Wh· kg-1和3994 W· kg-1.ASC显示出良好的循环稳定性,5000次循环之后保持了初始电容的83.3;.     

二维晶体Ti2CTx MXene的制备、剥离及其电化学性能

以Ti2AlC粉为原料,采用HCl+LiF腐蚀剂一步腐蚀-插层制备出了Ti2CTx MXene,进一步通过超声处理得到了剥离的单层或少层的Ti2CTx MXene.研究了腐蚀温度对腐蚀效率和剥离率的影响.结果表明,提高腐蚀温度可显著提高Ti2AlC母相向Ti2CTx MXene的转化率,但由于腐蚀形成的Ti2C层表面氧化随之加重,故剥离率随腐蚀温度的升高呈先增大后减小的变化.40℃腐蚀得到的样品的剥离率最高为18;,对应的Ti2CTx纳米片悬浮液浓度约为0.36 mg/mL,Ti2CTx纳米片的厚度约为1 nm,无明显缺陷.剥离的Ti2CTx MXene用作锂离子电池负极表现出了较高的容量和良好的倍率性能.在100mA ·g-1、300 mA·g-1、1000 mA·g-1电流密度下稳定的放电比容量分别为352 mAh·g-1、245 mAh·g-1、169 mAh·g-1,是用HF工艺合成的Ti2CTx MXene的2倍.     

镍硫化物/碳纳米管复合材料的制备及电化学性能研究

采用溶剂热法以Ni Cl₂·6H₂O为镍源,乙醇为溶剂制备Ni/CNTs前驱体,在水热反应条件下,用Na₂S₂O₃·5H₂O对Ni/CNTs前驱体进行硫化,得到NS/CNTs复合材料。对其电化学性能进行测试,NS/CNTs复合材料在1 A·g^-1电流密度下的比电容可达533.33 F·g^-1,经1000次循环充放电后,比电容保持率为42.50%。相较于NS纳米片(146.67 F·g^-1和27.27%),NS/CNTs复合材料的电化学性能得到了显著提升,表明CNTs的加入能明显改善镍硫化物的电化学性能。     

覆钴型氢氧化镍的电化学性能研究

采用化学共沉积方法,在球形Ni(OH)2表面包覆不同含量的Co(OH)2.用扫描电子显微镜(SEM)和恒电流充放电技术测试其表面微观形貌和充放电性能.研究结果表明:倍率放电性能与包覆Co(OH)2的量有一定的关系,在高倍率放电条件下,包覆层含Co(OH)2量最佳范围为2; ～ 3.6;,镶嵌Co(OH)2包覆层的球形Ni(OH)2具有良好的放电容量和大电流充放电性能.     

不同形貌Bi2WO6/CNOs复合材料的电化学性能研究

低污染、高能量的超级电容器是目前研究的重点.本文利用水热法合成了Bi2WO6/CNOs复合材料,并通过改变前驱体的pH值来调整复合材料的形态,在pH值为3和11的条件下合成了花状片层结构和块状结构的复合材料,并将其作为赝电容的电极材料.采用循环伏安法、恒电流充放电法和电化学阻抗法研究了制备的Bi2WO6/CNOs复合材料的电化学性能.结果表明,在电流密度为10 mA/cm2时,以1 mol/L KOH溶液为电解液的条件下,pH＝3时花状片层结构的Bi2WO6/CNOs复合材料的比电容为152.7 F/g,大于pH＝11时复合材料的比电容.这主要是由于CNOs能均匀分散在Bi2WO6 的片层之间,从而起到良好的支撑和电子传输作用.     

高发射率红外辐射涂料的制备与性能研究

以价格低廉的过渡金属氧化物Fe2O3和MnO2为主要原料,辅以少量的CuO和Co2O3,在还原气氛下制备了红外辐射基料.在此基础上,添加一定量的堇青石和硅溶胶、三氧化二铝、三氧化二铬等粘结剂制备红外辐射涂料,以提高其抗热震性.通过正交试验优化了原料配方,所制备的红外辐射涂料在红外波段,尤其在2.5～5 μm的近红外波段范围内具有很高的发射率,且抗热震性能优良.研究结果表明:在影响红外辐射涂料抗热震性的因素中,粘结剂的加入量是主要因素,堇青石的加入量是次要因素,粘结剂配方的影响不明显.此外,用XRD、SEM和光谱发射率测试等对试样的物相、微观结构及辐射性能进行了表征.     

细胞色素c在硼掺杂金刚石电极上的电化学特性研究

采用直流电弧等离子体喷射设备制备掺硼金刚石(BDD)电极.并用扫描电镜及拉曼光谱分析了薄膜的表面形貌及薄膜品质,测试结果表明,掺硼金刚石薄膜表面结构排列紧密.使用BDD电极研究细胞色素c的直接电化学特性,结果表明在磷酸盐缓冲液中细胞色素c(Cytc)在BDD电极上呈现一对峰形较好的氧化还原峰,峰电流与扫速的平方根呈线性关系,且与细胞色素c浓度在5～50μmol·L-范围内近似呈线性关系.     

Ru@Pt/CNTs纳米粒子的制备及催化乙醇氧化电化学活性的研究

通过乙醇还原方法制备了不同比例的碳纳米管负载钌铂核壳结构的纳米粒子(Ru@Pt/CNTs),并用作直接乙醇燃料电池的阳极催化剂。利用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段表征该催化剂的结构。结果表明Ru@Pt/CNTs纳米颗粒具有核壳结构(以钌为核),Ru@Pt/CNTs在乙醇电氧化反应(EOR)中表现出优良的电化学催化活性,其中,当铂∶钌摩尔比为0.75时,催化性能达到最优,电流密度值达到1 767.77 mA/mg Pt,是商业Pt/C的3.25倍。另外,耐久性的实验发现当铂∶钌摩尔比为1.00时, CV测试循环了250圈后衰减了19.7%。因此,具有核壳结构的Ru@Pt/CNTs纳米粒子对乙醇氧化反应有优良的催化活性。     

二维碳化物晶体V2C MXene的制备与性能研究进展

V2C MXene是新型类石墨烯二维碳化物MXene的重要成员.相对于最常见的Ti3 C2 MXene,V2CMXene更难制备,但是在某些领域,具有更好的性能.本文综述V2CMXene的制备方法、性能以及应用方面的研究进展.通过对比几种V2C的制备方法,总结出相对温和、简便且较为经济的制备高纯度V2C MXene方法.分析目前所制备的V2CMXene的结构与性能,介绍其电化学性能、催化、吸附、热稳定性、光电特性等.总结V2C MXene的应用,重点探讨V2C MXene在电化学领域的应用,并且展望其在更多领域的重要应用.     

SiC/SiC复合材料高温力学性能研究

以聚碳硅烷为连续SiC陶瓷基体相的先驱体,三维四向SiC纤维预制体为增强相,采用聚合物先驱体浸渍裂解工艺制备了SiC纤维增强SiC陶瓷基(SiC/SiC)复合材料,分析表征了复合材料的组成、结构和力学性能.结果表明,SiC/SiC复合材料室温弯曲强度和断裂韧性分别为400 MPa和16.5 MPa·m1/2,优异的室温力学性能可以保持到1350℃.随着温度增加,弯曲强度基本不变,1350℃时因界面层受到破坏而断裂韧性稍有下降.     

高性能氮化硅陶瓷凝胶注模成型的研究

凝胶注模成型工艺的关键在于制备低粘度高固相体积含量的陶瓷浆料.本文以四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液为分散剂制备氮化硅陶瓷浆料,研究了pH值、分散剂含量、助烧剂含量以及固相体积含量对氮化硅浆料流变性的影响;测定了凝胶注模成型素坯以及烧结体的力学性能.研究结果表明:当pH＝10.5,分散剂加入量为6;(相对于氮化硅固相体积比),助烧剂加入量为10;(质量分数)时,浆料具有最好的流变性.根据以上制备的工艺参数,制备得到固相体积含量大于50;,具有良好流变性的浆料.铸模成型干燥后,素坯的抗弯强度达27MPa;常压烧结后氮化硅陶瓷具有优异的力学性能,其抗弯强度为730 MPa,断裂韧性高达8.8 MPa·m1/2.     

多级结构SiC纤维制备及电化学性能研究

鉴于中空和表面多级结构有助于提升超级电容器电极材料电化学储能性能,以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,以PVP为助纺剂,运用静电纺丝结合碳热还原技术制备出中空SiC纤维,并采用渗硅技术在SiC纤维表面构筑出球形纳米颗粒的多级结构.研究表明,采用静电纺丝结合碳热还原可以得到具有中空结构、连续性好且结晶程度较高的β-SiC纤维,其比电容为22 F/g.采用渗硅工艺可在β-SiC纤维表面生长球形颗粒多级结构,提升其电化学性能,使其具有较大比电容,为54 F/g.