碳纳米管/聚苯胺/石墨烯复合纳米碳纸及其电化学电容行为

通过真空抽滤的方法制备碳纳米管纸,并对其进行循环伏安电化学氧化处理.以该电化学氧化处理的碳纳米管(CV-CNT)纸为基体,采用电化学聚合沉积聚苯胺(PANI),随后吸附石墨烯(GR),制备具有三明治夹心结构的碳纳米管/聚苯胺/石墨烯(CV-CNT/PANI/GR)复合纳米碳纸.该结构外层为GR,内层由PANI包裹的CNT形成网络骨架,充分发挥三者各自优势构建柔性电极材料.用场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱对其形貌与结构进行表征,并测试其电化学性能.研究发现:PANI呈纳米晶须状,并均匀包裹在CV-CNT表面;该复合碳纸具有良好的电容特性、大电流充放电特性以及良好的循环稳定性能.电流密度为0.5A·g-1时,比电容可达415F·g-1;20A·g-1时仍能保持106F·g-1的比电容.由于GR的保护作用,1000次循环之后较CV-CNT/PANI保持更高的有效比电容.该CV-CNT/PANI/GR复合碳纸展现出在高性能超级电容器柔性电极材料的潜在应用价值.     

NiCo2S4@碳纳米管构筑柔性薄膜电极的制备及其电化学性能

以浮动催化化学气相沉积致密超薄碳纳米管薄膜(CNTF)为基体,通过两步酸处理使薄膜内制备的碳纳米管(CNT)分开并赋予其活性官能团,CNTF由超疏水转变为超亲水性,然后在CNT表面生长均匀的前驱体包覆层,离子进入超亲水薄膜内部确保了高负载量,最后进行液相硫化制得NiCo_2S_4@碳纳米管构筑柔性薄膜(NiCo_2S_4@CNTF)电极。利用扫描电子显微镜、X射线衍射等对产物进行了表征,证明优化产物为NiCo_2S_4均匀包覆多壁CNT构筑而成的三维网状柔性复合薄膜,单根CNT的表面是NiCo_2S_4纳米粒子构成、厚度约70 nm的粗糙包覆层。该复合薄膜比电容达到270.3 mF·cm-2,即使在高电流密度2.5 mA·cm-2下充放电循环10 000次后仍保持很好的可逆性,电容保持率达93%,库伦效率持续稳定在92%附近;重复大变形(弯曲、折叠、卷曲)后能保持结构完整性和性能稳定性。同时,探讨了电化学性能与结构间的关系,并揭示了性能增强的内在机理。     

MnO2电沉积直立碳纳米管制备超级电容器

以直立碳纳米管为基底,以pH=6.0的0.1 mol/L Na2SO4为底液,采用电化学沉积法在0.2 mol/L Mn(CH3COO)2溶液中制备了直立碳纳米管与MnO2复合材料. SEM测试结果表明,复合材料表面呈现多孔状结构. 通过循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学方法对复合材料修饰电极进行电容性质测试. 结果表明,在1 mol/L KCl溶液中,0～0.6 V(vs.Ag/AgCl参比)电位窗口内此复合材料表现出优良的超电容性能. 直立碳纳米管电极的比电容为16 F/g,在碳纳米管表面沉积上MnO2修饰层后,复合材料电极的比电容增大至330 F/g,比电容量大幅提升近20倍. 同时扫描200圈后,直立碳纳米管与MnO2复合材料的循环伏安曲线变化很小,具有相当好的循环寿命和电容稳定性能.     

MnO2电沉积直立碳纳米管制备超级电容器的研究

以直立碳纳米管为基底,以pH=6.0的0.1mol/L Na2SO4 为底液,采用电化学沉积法在0.2 mol/L Mn(CH3COO)2溶液中制备了直立碳纳米管与二氧化锰复合材料。SEM测试结果表明复合材料表面呈现多孔状结构。通过循环伏安,恒流充放电,交流阻抗等电化学方法对复合材料修饰电极进行电容性质测试。实验结果表明,在1mol/L KCl 溶液中,0-0.6V(vs. 银/氯化银参比)电位窗口内此复合材料表现出优良的超电容性能。直立碳纳米管电极的比电容为16 F/g,在碳纳米管表面沉积上二氧化锰修饰层后,此复合材料电极的比电容增大至330 F/g,比电容量大幅提升近20倍。同时扫描200圈后,直立碳纳米管与二氧化锰复合材料的循环伏安曲线变化很小,说明其具有相当好的循环寿命和电容稳定性能。     

碳纳米管促进氧化还原蛋白质和酶的直接电子转移

将血红蛋白(Hb)、辣根过氧化物酶(HRP)和葡萄糖氧化酶(GOx)分别固定在经碳纳米管修饰的玻碳电极(CNT/GC)上,制成Hb CNT/GC、HRP CNT/GC和GOx CNT/GC电极.Hb、HRP和GOx在CNT/GC电极表面均能发生有效和稳定的直接电子转移反应,其相应的循环伏安曲线均显示出一对几近对称的氧化还原峰;在60mV/s下,其式量电位E0'分别为-0.343V、-0.319V和-0.456V(vs.SCE,pH6.9),且不随扫速而变;以上三者在CNT/GC电极表面直接电子转移的表观速率常数ks依次为1.25±0.25、2.07±0.56和1.74±0.42s-1;根据式量电位E0'随缓冲溶液pH值的变化关系,确知在CNT/GC电极上,Hb或HRP发生的直接电化学遵从(1e+1H+)电极过程机理,而GOx发生的直接电化学反应则遵从(2e+2H+)机理.此外,固定在CNT/GC电极表面的Hb、HRP和GOx也同时表现出对各自底物的生物电催化活性.由本文制备的碳纳米管修饰电极及其固定生物蛋白质(酶)的方法具有简单、易于操作等优点,并可用于对其它生物氧化还原蛋白质和酶的直接电子转移测试.     

溶剂热电化学还原氯仿制备类金刚石碳膜的研究

报道了采用溶剂热电化学法还原氯仿制备类金刚石碳膜(DLC)的新体系. 实验在－1.2或－1.6 V (vs. Ag/AgCl/Cl^－)下, 对溶解在以Bu₄NCl作为支持电解质的碳酸丙烯酯(PC)溶液中的氯仿进行电化学还原. 研究了温度、氯仿/PC比例和电极材料对沉积的影响. 采用拉曼光谱, SEM, FTIR, XPS等方法对产物进行表征. 结果表明,在100 ℃,氯仿/PC比例为1∶3, Pt电极上沉积的DLC膜含有较高的sp³杂化态碳. 论文还提出了电化学还原氯仿沉积DLC薄膜的机理.     

氮掺杂石墨烯量子点/MOF衍生多孔碳纳米片构筑高性能超级电容器

首先采用溶液法在碳布上生长Co-MOF二维纳米片,通过高温退火和刻蚀后得到MOF衍生多孔碳纳米片。以Co-MOF衍生的多孔碳纳米片/碳布(CNS/CC)作为碳基骨架,采用电化学沉积法负载高活性氮掺杂石墨烯量子点(N-GQDs),制备得到分级多孔结构的N-GQD/CNS/CC复合材料。组装成自支撑且无粘结剂的N-GQD/CNS/CC电极,当电流密度为1 A·g~(-1)时,其比电容高达423 F·g~(-1)。通过储能机制和电容贡献机制的研究表明,在碳纤维上原位生长的具有高双电层电容的CNS和表面负载具有高赝电容的N-GQDs之间相互协同作用,使得N-GQD/CNS/CC电极具有高电容性能,是一种理想的超级电容器电极材料。电极材料的高导电、分级多孔结构有利于电子的传输和电解质离子的扩散,具有良好的动力学性能,能快速充放电和具有优异的倍率特性。将电极组装成对称型超级电容器,功率密度为250 W·kg~(-1)时对应的能量密度达到7.9 Wh·kg~(-1),且经过10 000次循环后电容保持率为91.2%,说明氮掺杂石墨烯量子点/MOF衍生多孔碳纳米片复合材料是一种电化学性能稳定的具有高电容性能的全碳电极材料。     

铋/石墨烯/Nafion复合膜修饰玻碳电极检测煤矸石中的镉和铅

通过滴涂法在玻碳电极(GCE)表面修饰一层多孔中空的石墨烯(GN)/Nafion(全氟代磺酸脂,NA)薄膜,然后通过电化学沉积法在GN/NA修饰的GCE表面富集Bi成功制备出铋/石墨烯/NA复合膜修饰玻碳电极(Bi/GN/NA/GCE),将所制备的Bi/GN/NA/GCE采用方波阳极溶出伏安法(SWASV)原位同时检测...     

以稻壳热解炭制备镧负载多孔炭复合电极材料

利用稻壳热解炭为原料制备镧负载多孔炭复合电极材料(La/PCs),先将稻壳热解炭分离出炭前驱体,再采用原位活化/负载的方法制备一系列镧负载多孔炭复合电极材料,分别考察了煅烧温度和浸渍比对其吸附性能和电化学性能的影响.采用X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜/X射线能谱仪(SEM-EDS)和Brunauer-Emmett-Teller比表面积(BET)法研究了该系列镧负载多孔炭复合电极材料的金属结构与价态、元素组成及表面形貌,并分析了孔结构与电容值之间可能存在的关系.结果表明,在6 mol/L KOH电解液中, La/PC＿900/10材料的电容值为269.45 F/g.在电流密度为0.5 A/g时,由其组装的对称超级电容器具有23.45 W·h/kg的能量密度,此时的功率密度为0.70 kW/kg,并且循环5000次后的电容保持率为86.41%.La/PC＿900/10良好的电容性能显示了其作为碳基电极应用于高性能超级电容器的潜力.研究结果为稻壳热解炭的利用和镧在新能源材料领域的应用提供了一条可行路径.     

酞菁钴－表面活性剂薄膜修饰电极及其催化性能

将酞菁钴(CoPc)掺入阳离子表面活性剂双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)的氯仿溶液,并涂布于热解石墨电极表面,待氯仿挥发后即制得CoPc-DDAB薄膜电极。循环伏安实验表明,在KBr溶液中,该薄膜电极有一对良好且稳定的还原氧化峰,E_pc=-0.45V,E_pa=-0.24V(vs.SCE).探讨了该体系的电化学行为,估计了该体系的电化学参数。可将该薄膜电极用于催化卤代乙酸的电化学还原。     

Electrochemical Characterization of a Pyrolytic Carbon Film Electrode and the Effect of Anodization

A pyrolytic carbon (PC) film electrode was fabricated by the chemical vapor deposition (CVD) method. This report deals with the preparation, characterization and electrochemical behavior of this carbon film. Cyclic voltammetry, linear sweep voltammetry, Raman spectroscopy and scanning electron microscopy were employed to characterize the electrode. Low background current and capacitance were observed and the rate of charge transfer for Fe(CN) redox couple was determined via cyclic voltammetry. Also the effect of the anodic activation on the electrochemical activity was evaluated and characterized with respect to the sequence of voltage applied to the electrode. The excellent electrochemical activity and low background current are the reasons why this electrode is attractive for electroanalysis measurements with lower detection limit.     

Fabrication, Characterization and Electrocatalysis of an Ordered Carbon Nanotube Electrode

A method for fabrication of ordered carbon nanotube (CNT) film,which was template-synthesized within the highly ordered pores of a commercially available alumina template membrane,modified glassy carbon(CNT/GC) electrode was established.The CNT/GC electrode showed excellent electrocatalytic activity toward dopamine electrochemical reaction without introducing any electrochemically active group into CNT film or activating any electrochemically active group into CNT film or activating the electrode electrochemically.DA undergoes ideal reversible electrochemical reaction on CNT/GC electrode at low scan rate(≤20mV/s) with an excellent reproducibility and stability.The CNT/GC electrode might be used in biosensors because the highly ordered CNT may present a steric effect on more efficient redox reactions of biomolecules.     

碳和石墨烯对磷酸锰锂材料性能的影响

在采用溶剂热法制备磷酸锰锂的基础上,以蔗糖和石墨烯为碳源,制备了裂解碳和石墨烯含量不同的磷酸锰锂/碳/石墨烯复合材料,研究了裂解碳和石墨烯对材料性能的影响。采用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）对材料的形貌进行了表征。裂解碳包覆可以提高LiMnPO₄纳米片表面的电子导电性,对于材料性能的改善起到主要的作用;石墨烯可以提高纳米片之间的电子和离子导电性,改善材料的电化学性能。电化学测试表明,当裂解碳含量为4%、石墨烯含量为2%时,LiMnPO₄电极具有较好的电化学性能,在0.5C下的放电比容量为139.1 mAh·g^-1,循环100次后,容量保持率为93.6%。与添加单一碳和单一石墨烯的LiMnPO₄电极相比,该电极在0.5C下的放电比容量分别提高了35.0%和48.6%。     

碳和石墨烯对磷酸锰锂材料性能的影响

在采用溶剂热法制备磷酸锰锂的基础上,以蔗糖和石墨烯为碳源,制备了裂解碳和石墨烯含量不同的磷酸锰锂/碳/石墨烯复合材料,研究了裂解碳和石墨烯对材料性能的影响。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对材料的形貌进行了表征。裂解碳包覆可以提高LiMnPO_4纳米片表面的电子导电性,对于材料性能的改善起到主要的作用;石墨烯可以提高纳米片之间的电子和离子导电性,改善材料的电化学性能。电化学测试表明,当裂解碳含量为4%、石墨烯含量为2%时,LiMnPO_4电极具有较好的电化学性能,在0.5C下的放电比容量为139.1 m Ah·g-1,循环100次后,容量保持率为93.6%。与添加单一碳和单一石墨烯的LiMnPO_4电极相比,该电极在0.5C下的放电比容量分别提高了35.0%和48.6%。     

一种碳纳米管改性富锂锰基正极材料的策略

采用一种新策略对Li1.184[Ni0.15Mn0.516Co0.15]O2进行改性,即通过气流破碎、高压均质混合分散和喷雾干燥的方法得到与碳纳米管复合的富锂锰基正极材料(CNT@LMR)。使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和拉曼光谱(Raman)的方法对改性的材料进行了表征,发现碳纳米管导电网络均匀地分布在富锂锰基正极材料的表面,而且在材料内部的一次颗粒之间也有大量的碳纳米管存在。电化学性能测试表明,碳纳米管改性后的富锂锰基正极拥有更好的倍率性能和循环寿命。在5C倍率下经过改性的富锂锰基正极的放电比容量为141.4 mAh·g-1,远高于未改性的富锂锰基正极的放电比容量(76.6 mAh·g-1)和碳纳米管仅作为富锂锰基正极导电剂时的放电比容量(110.7 mAh·g-1)。在1C倍率下循环100次后,碳纳米管改性的富锂锰基正极的容量保持率在87.2%,高于富锂锰基正极(77.8%)。不同循环次数下的电化学阻抗谱表明,均匀分布在富锂锰基正极材料表面的碳纳米管网状结构有效地改善了电极/电极液的界面反应,抑制了电极固体电解质界面(SEI)膜的增厚和减缓了电极的极化。同时,材料内部的碳纳米管导电网络降低了一次颗粒间的内阻并加快了电极的电荷转移过程。     

三维多孔碳负载氧化锡并协同氟化锂制备高性能锂离子阳极

新型多孔碳纳米片/碳纳米管（PC/CNT）材料表现出丰富的分级孔隙结构,具有较高的氧化锡（SnO₂）负载量。通过PC和CNT交联形成的三维结构能够有效地提高锂离子传输速率和电子的传导。此外,在电极中掺杂的氟化锂（LiF）不仅能够降低SnO₂-PC/CNT-LiF电极的电荷转移电阻,而且还能补充SEI膜形成时消耗的Li⁺,降低不可逆容量,增强SEI膜的稳定性。研究表明,SnO₂-PC/CNT-LiF电极在电流密度为100 mA·g^-1时,首次可逆比容量达到1 642.98 mAh·g^-1,活性物质的利用率高达90.12%,循环100次后,放电比容量仍然达到745.11 mAh·g^-1,且库仑效率仍然保持在95.1%以上,显示出优异的倍率和循环性能。     

三维多孔碳负载氧化锡并协同氟化锂制备高性能锂离子阳极

新型多孔碳纳米片/碳纳米管(PC/CNT)材料表现出丰富的分级孔隙结构,具有较高的氧化锡(SnO₂)负载量。通过PC和CNT交联形成的三维结构能够有效地提高锂离子传输速率和电子的传导。此外,在电极中掺杂的氟化锂(LiF)不仅能够降低SnO₂-PC/CNT-LiF电极的电荷转移电阻,而且还能补充SEI膜形成时消耗的Li+,降低不可逆容量,增强SEI膜的稳定性。研究表明,SnO₂-PC/CNT-LiF电极在电流密度为100 mA·g^-1时,首次可逆比容量达到1642.98 mAh·g^-1,活性物质的利用率高达90.12%,循环100次后,放电比容量仍然达到745.11 mAh·g^-1,且库仑效率仍然保持在95.1%以上,显示出优异的倍率和循环性能。     

离子液体中CNT/nanoTiO_2-Pt膜电极电催化氧化葡萄糖

循环伏安法研究葡萄糖在离子液体[EMI]BF4中于碳纳米管/纳米TiO2膜载Pt(CNT/nanoTiO2-Pt)复合膜电极上的电催化氧化.结果表明,CNT/nanoTiO2-Pt电极对葡萄糖氧化具有高催化活性,氧化电位为-0.46V;在组成为离子液体与水的体积比为3∶1的电解液中,葡萄糖的氧化效果最好.电极反应过程受浓差极化控制.     

Carbon nanotube detectors for microchip CE: comparative study of single-wall and multiwall carbon nanotube, and graphite powder films on glassy carbon, gold, and platinum electrode surfaces

The performance of microchip electrophoresis/electrochemistry system with carbon nanotube (CNT) film electrodes was studied. Electrocatalytic activities of different carbon materials (single-wall CNT (SWCNT), multiwall CNT (MWCNT), carbon powder) cast on different electrode substrates (glassy carbon (GC), gold, and platinum) were compared in a microfluidic setup and their performance as microchip electrochemical detectors was assessed. An MWCNT film on a GC electrode shows electrocatalytic effect toward oxidation of dopamine (E(1/2) shift of 0.09 V) and catechol (E(1/2) shift of 0.19 V) when compared to a bare GC electrode, while other CNT/carbon powder films on the GC electrode display negligible effects. Modification of a gold electrode by graphite powder results in a strong electrocatalytic effect toward oxidation of dopamine and catechol (E(1/2) shift of 0.14 and 0.11 V, respectively). A significant shift of the half-wave potentials to lower values also provide the MWCNT film (E(1/2) shift of 0.08 and 0.08 V for dopamine and catechol, respectively) and the SWCNT film (E(1/2) shift of 0.10 V for catechol) when compared to a bare gold electrode. A microfluidic device with a CNT film-modified detection electrode displays greatly improved separation resolution (R(s)) by a factor of two compared to a bare electrode, reflecting the electrocatalytic activity of CNT.     

葡萄糖在碳纳米管/纳米TiO2膜载Pt复合电极上的电催化氧化

用电化学循环伏安法和计时电位法研究了葡萄糖在碳纳米管／纳米TiO2膜载Pt(CNT／nano-TiO2／Pt)复合电极上的电催化氧化,结果表明,在碱性介质中CNT／nano-TiO2／Pt复合电极对葡萄糖的电氧化具有高催化活性,葡萄糖氧化峰电流密度高达13mA／cm^2,比铂电极上的增大一倍;复合电极性能稳定,抗中毒能力强,不易发生氧化振荡,是葡萄糖燃料电池和葡萄糖传感器的高活性催化电极。