石墨炔在电化学储能器件中的应用

当今社会,电化学储能器件在人类的社会活动中变得越来越重要。电极材料作为电化学储能器件的核心部分,一直是人们研究的焦点。石墨炔是一种新型的二维平面结构的全碳材料,它宽的层间距、大的比表面积、独特的三维孔隙结构和好的导电性使其在能源存储器件电极材料应用中具有巨大的潜力。基于石墨炔温和的制备方法与独特的结构特征,本文详细介绍了近年来石墨炔在储能方面的理论分析和实验进展。通过研究锂/钠在单层、多层石墨炔上的迁移率和存储,理论分析石墨炔基电池具有很好的储锂储钠性能。实验方面,石墨炔作为电极材料在储钠储锂方面的容量与理论值相近。此外石墨炔作为电极材料成功应用于超级电容器和金属-硫电池,并表现出了优异的容量存储性能。石墨炔纳米形貌的调控、石墨炔的热处理,以及异原子的掺杂等均可以有效地提高石墨炔在这些储能器件中的性能。     

石墨炔电化学电池界面构筑

石墨炔是新兴的碳同素异形体, 其独特的结构和性质引起了不同领域科学家的广泛关注. 研究表明, 石墨炔在能源、 催化、 光学、 磁学、 信息科学和生命科学等领域发展潜力巨大. 近年来, 石墨炔在电化学能源领域的基础和应用研究展现了石墨炔作为电化学能源材料所具有的独特优势, 为解决电化学能源器件所面临的科学瓶颈提供了新理念、 新方法和新概念. 本文综合评述了近3年来石墨炔在电化学电池界面应用方面的研究进展, 主要涉及二维石墨炔的制备和结构优势, 及其为多种电化学电池电极界面构筑、 界面选择性传输及电极界面稳定性等带来的新启发.     

含异原子石墨炔基电极材料的研究进展

碳材料具有价格低廉、 易制备、 环境友好、 导电性高、 比表面积大以及适合离子存储和迁移等优点, 已成为目前应用于电化学储能器件电极的重要材料之一. 石墨炔(GDY)是一种新型的二维碳同素异形体, 由sp²碳杂化形式的苯环和sp碳杂化形式的炔键构成. 这种独特的化学结构一方面保持了碳材料良好的导电特性, 另一方面形成了新颖的离子传输通道, 为碳材料带来了不同的离子传输和存储特性. 与此同时, 由于石墨炔的空间结构可调性, 可以通过引入异原子微调石墨炔电子结构, 拓展石墨炔在电极材料领域的应用. 本文重点对近几年异原子杂化石墨炔基电极材料在锂离子电池、 钠离子电池、 金属硫电池、 电容器、 金属空气电池和电极保护等储能领域的研究工作进行总结, 并对未来石墨炔类材料在储能领域的发展进行了展望.     

石墨炔界面:从微观到宏观电极优化策略

石墨炔是新兴的二维碳同素异形体,其独特的结构和性质已经为绿色能源、绿色化学、生物医药、智能电子等领域带来诸多原创的理念.在电化学能源领域,石墨块已经逐渐发展成为该领域中具有巨大发展潜力的关键材料之一,为解决电化学能源领域的诸多关键问题提供了新的思路.本文系统总结了利用石墨炔优异本征性质,解决目前电化学能源器件的瓶颈问题...     

石墨炔纳米材料的制备及在电化学能源中的应用

石墨炔纳米材料的制备与应用是石墨炔材料研究的重要方向, 通过对其纳米结构进行设计与优化, 可以提高石墨炔材料及其杂化结构的性能, 拓展其在能源储存与转换领域的应用. 本综述介绍了不同形貌和结构的石墨炔基纳米材料, 如纳米墙、 纳米片、 纳米薄膜等结构. 阐述了不同结构特征的石墨炔基纳米材料在电化学储能器件以及电化学能源催化中的应用, 同时也探讨了石墨炔不同纳米形貌和结构在能源应用领域快速发展的机遇及所面临的挑战.     

二维碳石墨炔的结构及其在能源领域的应用

从二维碳材料石墨炔(GDY)的分子和电子结构出发,重点论述石墨炔在能源存储和转换两个领域的应用,包括最新的理论和实验进展。石墨炔独特的三维孔隙结构,使得石墨炔在锂存储和氢气存储应用中具备天然的优势,既可以用作锂离子相关的储能器件,包括锂离子电池、锂离子电容器等;也可作为储氢材料,用于燃料电池等。通过掺杂的方法,还能进一步提高石墨炔储锂和储氢的性能。由于sp炔键和sp²苯环的存在,使石墨炔具有多重共轭的电子结构,在具备狄拉克锥的同时,其带隙也可通过多种途径调控,使得石墨炔不仅可以作为非金属高活性催化剂替代贵金属在光催化等方面应用,还可以在太阳能电池的空穴传输层和电子传输层方面获得应用,展现了石墨炔在能源方面独特的应用价值。我们将从理论预测和实验研究两方面介绍该领域目前的研究现状和发展趋势。     

石墨炔衍生物的合成与应用

石墨炔是由sp和sp²两种杂化碳构成的新型二维碳同素异形体。基于石墨炔化学合成规律和独特优势,利用其他芳炔前体替代六乙炔基苯,可以获得结构特异、尺寸可控的石墨炔基衍生物,而局域碳骨架的改变可以实现石墨炔衍生物性能调控,包括电导率、带隙、迁移率、空腔尺寸和电荷分离等。这类具有优良半导体性能的石墨炔基衍生物可以广泛应用于电化学储能、电催化、光电转换器件、非线性光学等诸多领域。本文主要综述了近年来石墨炔衍生物的优化设计、结构表征和光电性能,并对其代表性应用进行了总结和展望。     

石墨二炔及其电子转移增强特性

石墨二炔是由sp和sp²杂化的碳原子构成的新的碳同素异形体。由于石墨二炔具有独特的拓扑结构和电子结构、较高的电荷迁移率及优异的电子传输性能,使其与其他材料相互作用,可表现出独特的电子转移增强特性。本文基于石墨二炔的电子转移增强特性,概述了石墨二炔及其电子转移增强特性的最新研究进展,包括金属氧化物/石墨二炔、金属纳米颗粒/石墨二炔、聚合物/石墨二炔以及染料分子/石墨二炔等多种石墨二炔基材料。本文从理论和实验研究两个方面详细阐述了石墨二炔的电子转移增强特性、石墨二炔与不同材料的相互作用以及相关的应用。希望该综述能对石墨炔化学的发展起到一定的积极作用。     

石墨双炔的合成方法

石墨炔是一种新型碳的同素异形体,是由sp和sp²两种杂化形式的碳原子组成的二维层状材料。其中,石墨双炔是石墨炔家族中重要的一员,其独特的纳米级孔隙、二维层状共轭骨架结构及半导体性质等特性,使之在电化学、光催化、非线性光学、电子学等诸多领域优势显著,因此,发展石墨双炔的制备方法有着重要的意义。本文将首先介绍石墨双炔的结构,随后主要介绍石墨双炔合成方法的研究进展,包括有机全合成、表面在位化学反应和溶液相聚合反应等几个方面,其中溶液相聚合的方法取得了较为突出的进展。在本文的最后,主要探讨了石墨双炔合成方法中的挑战与机遇,并对合成方法的未来进行了展望。     

氮掺杂石墨烯的制备及其在化学储能中的研究进展

石墨烯独特的二维空间结构使其具有优异的导电性能、力学性能以及超大的比表面积,被认为是颇具潜力的新型储能材料,是目前储能研究的热点之一。 但是石墨烯易团聚、表面光滑且呈惰性而不利于与其它材料的复合,导致其应用受到限制。 石墨烯掺氮可改变其电子结构,增加表面的活性位,从而提高其应用于储能器件时的电化学性能。 本文综述了近几年氮掺杂石墨烯的制备方法以及其在超级电容器、锂离子电池、锂空电池以及锂硫电池等化学储能领域中的应用,指出了目前氮掺杂石墨烯在制备和储能应用中关注的核心问题,并对氮掺杂石墨烯的发展前景进行了展望。     

石墨炔的化学修饰及功能化

石墨炔特殊的电子结构和孔洞结构使其在信息技术、电子、能源、催化以及光电等领域具有潜在、重要的应用前景。近几年石墨炔的基础和应用研究已取得了重要成果,并迅速成为了碳材料研究中的新领域。石墨炔中炔键单元的高活性为其化学修饰与掺杂提供了良好的平台。在这篇综述中,我们将重点介绍石墨炔的非金属杂原子掺杂、金属原子修饰以及表面改性,并深入探讨掺杂与衍生化对石墨炔材料的电子性质的影响及其对光电化学催化性能的协同增强。     

《理论计算电化学》专辑序言

电化学是一门古老的科学,有着悠久、光辉的历史. 近年来,能源、环境等问题在世界范围内被大众广泛认识且越来越受到各国政府的重视,很多重要的能源体系和过程,如能量转化和存储、太阳能利用等,都是属于电化学所研究的范畴. 因此,电化学这门学科在近年来迸发出新兴的活力.     

硫原子桥联芳基取代/稠合四硫富瓦烯

近年来,四硫富瓦烯(Tetrathiafulvalene,TTF)衍生物的设计合成、超分子组装、组装材料的物理性能研究及其在有机电子器件中的应用引起了人们广泛的研究兴趣。在本文中,我们简略综述硫原子桥联芳基取代/稠合四硫富瓦烯衍生物(Ar-S-TTF)的最新研究进展,包括其高效合成、电化学及光学性能研究、分子的结构特征/空间堆积方式,以及此类分子与球形原子簇(富勒烯、杂多酸)之间的超分子组装及组装材料的性能。     

基于3d元素掺杂的石墨二炔分子传感材料性能调控

二维碳材料因其独特的性质成为凝聚态物理、纳米电子学、生物医药等领域的前沿研究热点。石墨二炔具有天然的半导体特性及独特的大孔网状结构,在纳米电子器件和生物传感方面比石墨烯更具优势。本文使用第一性原理计算研究了单层石墨二炔的纳米带电子输运性质和及石墨二炔对小分子的吸附。我们考虑用掺杂3d金属原子的方法来增强对分子的吸附力。选择在石墨二炔表面吸附能较大的钪(Sc)、钛(Ti)原子,确定石墨二炔表面Sc、Ti单原子在室温下的稳定性,研究了Sc、Ti掺杂石墨二炔用于分子检测的潜在可能。从能带、载流子浓度等方面全面探讨了Sc、Ti掺杂石墨二炔对甲醛分子(HCHO)的响应。又进一步研究了石墨二炔与氨基酸分子间相互作用,发现色散力在相互作用中占主导地位。研究了吸附氨基酸对石墨二炔电子输运的影响,探讨石墨二炔在生物传感方面的潜在应用。     

二硒化钼基材料的制备及其在二次电池中的研究进展

二次电池由于具循环寿命长、成本低廉、绿色环保等优点受到科研工作者的广泛关注,而电极材料对整个电池系统的性能起着至关重要的作用。二硒化钼由于具有独特的层状结构、电导率高、带隙较窄等特点,被认为是储能领域的明日之星。然而,金属硒化物在循环过程中体积变化严重,导致动力学和电化学稳定性较差,限制了其在二次电池中的进一步实际应用。因此,研究者通过调整合成方法、与碳质材料复合、设计独特的结构等手段来缓解金属硒化物电极的稳定性问题。本文综述了二硒化钼材料的制备工艺、复合改性方法及其在二次电池中应用现状,最后对该材料在二次电池中所面临的挑战和应用前景进行了总结。     

硫酸溶液中电化学改性石墨电极对Fe3+/Fe2+的电催化性能与准电容特性

通过循环伏安(CV)、恒电流充放电和电化学阻抗谱(EIS)等测试方法,研究了电化学改性石墨电极对硫酸溶液中Fe3+/Fe2+的电催化性能与准电容特性.结果表明:由于电化学改性石墨电极表面存在大量的含氧活性官能团,使其对Fe3+/Fe2+的氧化还原反应具有极高的电催化性能,并具有可逆反应过程特征.在含有0.5mo·lL-1Fe3++0.5mo·lL-1Fe2+的2.0mo·lL-1H2SO4溶液中,其表观面积比电容是不含铁离子硫酸溶液的1.808倍,达到2.157F·cm-2;同时,铁离子浓度的增大也能够进一步提高其电容量.Fe3+/Fe2+电对的加入增加了充放电时间,有效提高了电化学电容器(EC)的电容存储容量和高功率特性.电化学阻抗谱测试同样证实体系具有明显的电容特性.因此,可以利用电化学改性石墨电极表面的含氧活性官能团和溶液中Fe3+/Fe2+的氧化还原特性来共同储存和释放能量.     

水系钠离子电池电极材料研究进展

随着太阳能、风能等可再生能源发电并网普及应用和智能电网建设,储能技术成为能源优化利用的核心技术之一。水系钠离子电池具有资源丰富、价格低廉等优势,作为未来电网储能的重要选择而成为近年来电化学储能技术前沿的研究热点。由于受到水的热力学电化学窗口限制及嵌钠反应的特殊性(例如溶液的pH值、氧的溶解等),以及容量、电化学电位、适应性及催化效应等,电极材料选择面临挑战,进而影响水系钠离子电池的应用。因此,电极材料成为水系钠离子电池的研究重点。本文简要概括了水系钠离子电池的特点,并对氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类似物和有机物等电极材料体系的最新研究进展进行了总结,并概括了将来的发展方向,为推动水系钠离子电池的发展和能源优化研究奠定了基础。     

Electrode kinetics of Eu3+/Eu2+ reaction by cyclic voltammetry

The cyclic voltammetric behaviour of Eu³⁺/Eu²⁺ couple at hanging mercury drop electrode (HMDE) has been studied in chloride, bromide, iodide, thiocyanate and EDTA supporting electrolytes. The apparent rate constant and transfer coefficient for these systems have been calculated at various voltage scan rates, without using the data for standard or formal potential. The values have been compared with those obtained by earlier workers through other electrochemical methods.