自支撑柔性氮掺杂碳织物电极的制备与性能研究

本文以纯棉织物为基底,吡咯单体为氮源,采用简单的原位聚合-高温煅烧的方法制备了自支撑柔性氮掺杂织物（N-CT）. 利用傅立叶红外技术、X射线光电子能谱、比表面积测试、扫描电子显微镜对所得产物进行结构与形貌表征. 结果表明,碳化后聚吡咯主要以纳米碳球包覆在碳织物表面,N-CT电极的比表面积为495.0 m²·g^-1,其含氮量为2.26%. 电化学测试表明,在0.5 A·g^-1的电流密度下N-CT电极的比电容器为256.2 F·g^-1,经过5000次的恒流充放电循环后电容保持率为98.3%,库伦效率保持率在98.8%左右,具有良好的柔性和机械性能.     

阳极氧化/GCD新工艺法制备镍基超级电容器薄膜电极

采用磷酸阳极氧化法在金属镍表面形成阳极氧化复合膜,在1 mol·L^-1氢氧化钾溶液中进行大电流密度恒流充放电(GCD)处理, 使基体表面形成一层多孔纳米花瓣状膜. 采用扫描电镜(SEM), X射线光电子能谱(XPS), X射线衍射(XRD)仪, 对膜的形貌、组成和结构进行了表征, 使用电化学工作站、电池寿命测试仪对该膜的电容特性进行了测试. 结果表明, 所制氧化膜由三维多孔纳米花瓣状的NiO、α-Ni(OH)₂和β-Ni(OH)₂构成, 该膜具有优异的电容特性, 其在电流密度为6.7 A·g^-1时,比电容量达1509 F·g^-1, 而当电流密度为66.7 A·g^-1时,比电容量为1120 F·g^-1 (为6.7A·g^-1时的74%).在电流密度为66.7 A·g^-1时, 经过2000次循环测试后比电容量基本保持不变.     

氮掺杂部分石墨化碳/钴铁氧化物复合材料的制备及电化学性能

以甲壳胺（CTS）和钴、铁盐作有机前体与反应物,采用共沉淀法制备了CTS/钴铁层状双金属氢氧化物复合物.样品经过氩气氛、空气氛煅烧,生成氮掺杂部分石墨化碳/钴铁氧化物复合材料（N-PGC/CoFe-TMOs）.CTS热解且被过渡金属催化生成部分石墨化碳,同时原位氮掺杂,氮/碳原子比例约为1/18.N-PGC/CoFe-TMOs具有大孔和介孔结构,用作超级电容器电极材料兼有双电层电容与赝电容特征.在2 A·g^-1电流密度下,复合物比电容达到671.1 F·g^-1,远大于纯钴铁氧化物比电容283.3 F·g^-1,复合物具有典型的协同效应.电流密度增加到10 A·g^-1时,N-PGC/CoFe-TMOs比电容为573.3 F·g^-1,经过5000次充放电循环,复合物比电容保留率为66.4%.制备方法简便、通用,煅烧过程可一步制备氮掺杂的部分石墨化碳并与过渡金属氧化物复合,产物电化学性能优异.     

离子液体辅助条件下由稻壳合成超级电容器用多孔炭

本文以稻壳为碳源,以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMIMPF₆)为模板和辅助活化剂制备了多孔炭材料（PCs）. 多孔炭的比表面积达1438 m²·g^-1,总孔容达0.75 cm³·g^-1. 以PCs为超级电容器电极材料,6 mol·L^-1的KOH溶液为电解液组装成扣式电池,在0.05 A·g^-1的电流密度下,比电容高达256 F·g^-1;当电流密度增大至10 A·g^-1,其比电容仍保持在211 F·g^-1,展现出好的倍率性能. 所得的多孔炭电极均表现出优异的循环稳定性. 这一工作以BMIMPF₆作为模板和辅助活化剂,为合成生物质基超级电容器用多孔炭提供了一种新方法.     

三维还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及其超级电容性能

以制备的氧化石墨凝胶和聚苯胺纳米线为原料, 将二者按一定的质量比进行混合超声分散, 再以混合分散液为前驱体采用一步水热法制备得到三维还原氧化石墨烯(RGO)/聚苯胺(PANI) (RGP)复合材料, 采用扫描电镜(SEM), 透射电镜(TEM), X射线衍射(XRD), 傅里叶变换红外(FT-IR)光谱, X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试等分析研究了复合材料的形貌、结构和超级电容性能. 结果表明, 复合材料既保持了还原氧化石墨烯的基本形貌, 又能使聚苯胺较好地镶嵌在还原氧化石墨烯的网状结构中; 且当氧化石墨与聚苯胺的质量比为1:1时复合材料在0.5 A·g^-1电流密度下比电容可高达758 F·g^-1, 即使在大电流密度(30 A·g^-1)下其比容量仍高达400 F·g^-1,在1A·g^-1电流密度下循环1000次后比容量保持率为86%, 表现出了良好的倍率性能和循环稳定性, 其超级电容性能远优于单纯的还原氧化石墨烯和聚苯胺, 其优异的超级电容性能可归咎于二者的相互协同作用.     

双钙钛矿La2CoNiO6无机纳米纤维的制备及超级电容器性能

以聚乙烯吡咯烷酮/硝酸镧-乙酸钴-乙酸镍(PVP/LCN)为前驱体, 采用静电纺丝法, 经预氧化、碳化, 制得双钙钛矿La₂CoNiO₆无机纳米纤维超级电容器电极材料. 利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对其形貌和结构进行表征. 结果表明, 纤维由菱形结构的La₂CoNiO₆纳米颗粒相互连接而成, 呈链状空间网状结构. 循环伏安(CV)、恒流充放电(CP)和循环寿命测试表明, La₂CoNiO₆纳米纤维电极材料在三电极体系中, 电流密度为0.25 A·g^-1时, 比电容值达335.0 F·g^-1; 在对称型双电极体系中, 电流密度为0.25 A·g^-1时, 比电容值可达到129.1 F·g^-1,表现出良好的电容性能.     

氮掺杂碳片的模板诱导制备及其在超级电容器中的应用

兼具有优良的导电能力,高的比表面积和极佳的化学/机械稳定性,具有二维形貌的纳米碳材料近年来逐渐成为超级电容器电极材料的研究热点. 我们在此首次报道一种模板诱导方法以制备具有规整片状形貌的氮掺杂碳材料. 我们将作为硬模板的片状镁铝双金属氢氧化物与熔融的邻苯二胺混合后加入三氯化铁催化剂,进而通过加热使邻苯二胺聚合并碳化,随后刻蚀除去其中的氧化物成分即可以得到具有规整六边形片状氮掺杂碳材料. 通过改变碳化时的温度,可以有效的调节利用该方法所得到的氮掺杂碳片的形貌、结构、石墨化程度、氮含量以及比表面积. 更重要的是这些氮掺杂碳片在用作超级电容器电极材料时体现出优异的电化学性能,在0.5 A·g^-1的电流密度下其比容量可以达到290.0 F·g^-1的. 在1 A·g^-1的电流密度下经过10000周循环测试后,其容量仍然可以达到初始值83%.     

超高比表面积氮掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以蔗糖为碳源、尿素为氮源、草酸钾为活化剂,通过简单的研磨和高温碳化制备了具有超高比表面积(大于3 000 m²·g^-1)的氮掺杂多孔碳材料。采用多种手段对多孔碳材料的微观形貌、比表面积、孔结构和表面氮物种进行了表征,探究了不同温度下草酸钾和尿素对碳材料的比表面积、氮含量和超级电容性能的影响。结果表明,仅使用草酸钾作为活化剂制备的碳材料KC-800的比表面积为1 114 m²·g^-1,而同时使用草酸钾和尿素制备的样品KNC-800的比表面积高达3 033 m²·g^-1。在以6.0mol·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,KNC-800的比电容为405 F·g^-1,而KC-800的比电容仅为248 F·g^-1。这表明草酸钾和尿素的加入显著提高了多孔碳材料的比表面积和超级电容性能。电容贡献分析表明,KNC-800的双电层电容值和赝电容值均...     

碳纳米管/五氧化二钒空心球的制备及其电化学性能研究

采用溶剂热法制备了碳纳米管穿插的分级结构五氧化二钒空心球（VOC_x）. 使用XRD、SEM、循环伏安曲线和充放电曲线研究了不同碳纳米管量对产物结构、形貌和电化学性能的影响. 结果表明,碳纳米管的加入明显改善了VOC的倍率特性. 碳纳米管含量为7.1%时,0.5 A·g^-1电流密度下,其比电容达到346 F·g^-1,8 A·g^-1电流密度时,其电容保持率可达75%. 与活性炭组装成混合电容器,在功率密度为700 W·kg^-1时,能量密度达12.6 Wh·kg^-1.     

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。     

可快速充放电聚吡咯/碳纳米管复合材料电化学聚合与表征

采用恒电流法制备了具有可快速充放电性能的对甲基苯磺酸根(TOS-)掺杂聚吡咯/功能化单壁碳纳米管(PPy-TOS/F-SWNTs)复合材料,扫描电镜(SEM)结果表明该复合材料呈纳米棒状构成的多孔结构,棒径约为70nm;比表面积(BET)测试分析表明该复合材料有着较高的比表面积(12.64m2.g-1)和大的介孔孔隙率(20-40nm).循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)和恒电流充放电(GC)电化学分析表明该材料具有优异的快速充放电性能,在800mV的电位窗和2.5A.g-1(功率密度为2kW.kg-1)的电流密度下该材料具有211F.g-1的比容量(能量密度为18.7Wh.kg-1),而当充放电电流高达80A.g-1(功率密度为60kW.kg-1)时比容量仍可达141.8F.g-1(能量密度为12.6Wh.kg-1),同时该材料还表现出优异的稳定性,在10A.g-1大电流下经历10000圈循环后容量仍保持95.2%.     

氮掺杂介孔碳的制备及其电化学超电容性能

Nitrogen-doped mesoporous carbons (NMCs) were synthesized by direct carbonization of zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) nanopolyhedrons. The surface morphology and structure were characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and surface area and pore size analyzer. The electrochemical supercapacitive properties of the NMCs were also investigated. The results showed that the NMCs had a uniformmorphology, mesoporous nanostructure, and high surface area (2737m²·g^-1). On the other hand, based on the excellent surface wettability, pseudocapacitive behavior and electrolyte accessibility resulted fromN-doping and the mesoporous structure, the NMCs exhibited excellent electrochemical supercapacitive properties: a high specific capacitance (307 F·g^-1 in 1.0 mol·L^-1 H₂SO₄ solution, at 1 A·g^-1), good power characteristics, and satisfactory stability (the capacitance retained ratio was 96.9%after 5000 cycles even at a high current density of 10A·g^-1).     

水热反应温度对三维还原氧化石墨烯的形貌、结构和超级电容性能的影响

以氧化石墨凝胶制备的氧化石墨烯溶胶为前驱体,在120-220°C条件下,采用水热法制备了系列不同还原程度的三维还原氧化石墨烯,采用扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD),傅里叶变换红外(FTIR)光谱,X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试等手段研究了水热反应温度对材料形貌、结构和超级电容性能的影响.结果表明:采用水热法制备的三维还原氧化石墨烯呈多孔网状结构,材料的体积和内部网状孔径随着水热反应温度的升高而减小;同时,氧化石墨烯的还原程度随反应温度的升高而增加,有序度提高,其结构逐渐向着类石墨结构转化;而材料的比电容和能量密度则随反应温度的升高呈现出先增大后减小的趋势,且均以双电层电容为主;相比之下,当水热反应温度为180°C时,制备的三维还原氧化石墨烯具有最佳的超级电容性能,在电解液为6mol·L-1的KOH溶液中,0.5A·g-1电流密度下其比电容达到315 F·g-1,10 A·g-1时仍能保持212 F·g-1的高比容量,能量密度为40.5Wh·kg-1,5000次循环后比电容保持率为86%,表现出了良好的电化学性能.     

无模板剂合成用于超级电容器的二氧化锰/石墨烯复合材料(英文)

以尿素、四水合氯化锰和氧化石墨烯为原料,采用水热法并通过热分解制备了一种具有石墨烯包覆结构的石墨烯-二氧化锰复合材料,利用扫描电子显微镜、X射线衍射、比表面积(BET)、拉曼光谱和热失重等技术对其形貌、晶体结构及表面结构进行了表征;在三电极条件下利用循环伏安法、恒流充放电法和交流阻抗法测试了材料的电化学性能,并考察了不同石墨烯含量对材料比电容的影响.结果表明,在不添加模板剂的条件下制备的复合材料中二氧化锰是具有介孔结构的α-MnO2,当复合15%(质量分数)的石墨烯后材料的比表面积从109 m2·g-1提高到168 m2·g-1.复合材料具有更好的电化学性能,在0.2 A·g-1电流密度下复合材料的比电容达到最大值(454 F·g-1),远高于纯二氧化锰的值(294 F·g-1).在2 A·g-1的电流密度下恒流充放电2000次后复合材料的比电容保持率为92%.     

氮硫双掺杂活性炭材料的制备和电容性能

以头发和蔗糖为原料, 通过水热碳化和KOH活化两步法制备了氮硫双掺杂微孔炭材料. 利用扫描电子显微镜, 透射电子显微镜, 氮气吸脱附, X射线光电子能谱, 电子能谱和傅里叶交换红外光谱等手段系统表征了所制备活性炭材料的微观形貌, 孔隙结构和表面化学性质. 并在6 mol·L^-1 KOH溶液中研究了所制备活性炭材料的电容性能. 氮气吸脱附测试表明, 所制备活性炭材料的比表面积最高可达1849.4 m²·g^-1, 孔道以微孔为主. 所制备活性炭材料氮元素含量为1.6%-2.5% (原子分数(x))), 硫元素含量为0.2%-0.5% (x). 由于N、O、S官能团的协同作用, 所制备碳材料表现出明显的赝电容. 活性炭材料的比电容值最高可达200 F·g^-1, 对应的能量密度为6.9 Wh·kg^-1. 功率密度达到10000 W·kg^-1时, 能量密度仍达到4.1 Wh·kg^-1. 本文的工作表明以生物质为原料可以方便制备氮硫双掺杂活性炭电极材料.