NiO/rGO的溶剂热合成以及作为高循环稳定性超级电容器电极材料的性能表征

通过简单的溶剂热法以及其后续热处理过程,制备了NiO纳米花和NiO/还原氧化石墨烯（rGO）复合物。 在NiO/rGO复合物中,rGO作为基底生长NiO,与此同时,NiO则有效的避免了rGO的团聚。 采用热重分析(TG)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和X射线衍射对样品的成分、形貌和结构进行了表征。 NiO/rGO复合物（NiO和rGO的质量比为82.7∶17.3）电极呈现优异的电化学性能。 在1 A/g时,初始比电容为514.9 F/g,当材料完全活化后,其比电容高达600 F/g。 同时,在电流密度为10 A/g时,相比于1 A/g时的比电容保持率为83.5%。 此外,该电极材料具有非常优异的循环稳定性,6000次循环后电容衰减率为7.4%。 表明所制备的复合物是一种有应用价值的超级电容器电极材料。     

影响热还原氧化石墨烯超级电容器性能的因素比较

通过改进的Hummer法制得氧化石墨烯,并在不同温度的氩气气氛中还原得到一系列热还原氧化石墨烯（T-RGO）. 电化学测试表明,T-RGO作为超级电容器电极材料时,良好的导电性是必需的,但石墨烯表面含氧官能团对其电容性能的影响要远大于导电性和比表面积的影响,900 °C还原的T-RGO比表面积为314 m²·g^-1电导率为2421 S·m^-1,但其容量只有56 F·g^-1,然而300 °C还原的T-RGO比表面积为18.8 m²·g^-1电导率为574 S·m^-1,其容量却达到281 F·g^-1. 材料表征分析表明,300 °C 还原的石墨烯之所以有更高的电容,是因为除双电层电容外,更多的是由其表面含氧官能团提供的赝电容,这使作者以后在设计制备超级电容器等储能设备用石墨烯基电极材料时更加有针对性.     

石墨烯/还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及在超级电容器中的应用

本研究以低成本、易规模化的亲水性石墨烯/氧化石墨烯为前驱体,通过原位聚合的方法制备石墨烯/氧化石墨烯/聚苯胺复合材料,经过化学还原后制备得到石墨烯/还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶红外变化光谱仪(FT-IR)对制备的材料进行了结构和形貌的表征.运用循环伏安法...     

氧化石墨烯的可控还原及结构表征

采用氧化还原法, 通过控制还原时间制备了不同还原程度的石墨烯; 用红外光谱、 紫外光谱、 拉曼光谱、 X射线衍射、 热重分析、 电导率测量等多种手段系统研究了不同还原程度石墨烯的结构与性能; 采用透射电子显微镜、 扫描电子显微镜和原子力显微镜比较了氧化石墨烯和石墨烯的形貌. 结果表明, 随着还原程度的增加, 石墨烯中含氧基团减少, 紫外吸收峰逐渐红移, D带与G带的强度比增加, 热稳定性和导电性提高. 微观结构表征说明石墨烯比氧化石墨烯片的厚度增加, 褶皱增多.     

同构MOFs复合氧化石墨烯电极材料构筑高性能超级电容器

在水热条件下一步自组装合成系列同构X-MOF （X₆O （TATB）₄（H⁺）₂·（H₂O）₈·（DMF）₂,X=Zn、Co、Ni; H₃TATB=4,4'',4″-s-triazine-2,4,6-triyl-tribenzoic acid; DMF=N,N-二甲基甲酰胺）和氧化石墨烯（GO）的复合材料（X-MOF@GO）,并探究其作为超级电容器电极材料的电化学性能。通过X射线粉末衍射、X射线光电子能谱和扫描电子显微镜测试证明GO和MOFs复合成功。其中,性能最优的Ni-MOFs@1.5GO （GO的添加量为1.5 mL）的比电容高达694.8 F·g^-1（0.5 A·g^-1）,约是Ni-MOF的2倍。电化学测试结果表明：复合材料X-MOF@1.0GO较其原MOF表现出更大的比电容和更好的倍率性能。在3.5 A·g^-1的电流密度下,1 000次循环充放电后,Ni-MOFs@1.0GO仍保持初始比电容量的81.2%。与活性炭（AC）组装的非对称超级电容器Ni-MOF@1.5GO//AC的性能最优,其功率密度为754.3 W·kg^-1时,能量密度为15.4 Wh·kg^-1,且循环3 000次后比电容保持率约为70.0%,显示出较长的循环寿命。     

基于过渡金属硫化物/还原氧化石墨烯复合物的高性能超级电容器

组装高能量密度的非对称超级电容器需要使用比电容大、 体积变化小且循环稳定性好的电极材料. 过渡金属硫化物(TMSs)与纳米碳材料的复合物是此类电极材料之一. 采用水热法合成了由Cu-Mo硫化物在微波剥离的还原氧化石墨烯表面生长的复合材料(CuS-MoS₂/MErGO). 此复合材料在电流密度为2 A/g时具有高达861.5 F/g的比电容和良好的循环稳定性. 将1.6 V的电池电压施加在由NiS/MErGO为正极, CuS-MoS₂/MErGO为负极组装成的不对称超级电容器上时, 该电容器的功率密度为1.28 kW/kg, 且能量密度保持为54.2 W·h·kg^-1. 结果表明, TMS复合材料是一种很有前途的高性能电化学储能材料, 尤其是用于非对称超级电容器的组装.     

Ni3(HCOO)6/还原氧化石墨烯复合电极材料的制备及电容性能

以氧化石墨烯(GO)为前驱体, Ni(NO₃)₂·6H₂O为镍源, 甲酸为配体, N,N-二甲基甲酰胺为溶剂, 通过一步溶剂热法制备了Ni₃(HCOO)₆/rGO复合电极材料. 研究结果表明, 通过金属镍离子和配体在氧化石墨烯表面超分子自组装成核, 形成了“三明治”式的夹心复合结构; 不同的GO浓度对复合材料的物相结构、 晶体尺寸大小、 形貌及电化学性能有很大的影响; 当GO的浓度为8 mg/mL时, 在100 ℃下反应24 h得到的Ni₃(HCOO)₆/rGO复合材料在电解液为1 mol/L KOH, 5 mV/s下比电容高达940 F/g, 经过500次充放电循环后电容的保持率为96.28%.     

氧化石墨烯还原程度的控制

石墨烯作为只有一个原子层厚度的二维碳材料,具有优异的柔韧性、导电性等一系列优点,从而广泛应用于许多领域。氧化还原法是最常用且最有前景的石墨烯制备方法,然而在氧化过程中,大量含氧官能团的生成破坏了石墨烯的共轭结构,因此需要去除含氧官能团得到还原氧化石墨烯,以修复结构、恢复其高导电性。而许多领域运用石墨烯时,既需要其具有高导电性,又有一定量的含氧官能团或缺陷。因此,控制氧化石墨烯的还原程度尤为必要,既要充分利用含氧官能团的优点并保证石墨烯的导电性,又要根据石墨烯的应用需求,得到官能团种类及含量可控的还原氧化石墨烯,从而实现石墨烯材料的多元化应用。本文综述了近年来化学还原法、热还原（包括热退火和水/溶剂热还原）法和电化学还原法控制氧化石墨烯还原程度的研究现状,总结了几种方法的还原机制和效果以及部分还原氧化石墨烯的应用并进行了展望。     

氧化石墨烯水热还原前后的发光光谱

分别采用改进Hummers方法和水热还原法制备了氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(RGO)。 GO和RGO经透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、红外光谱(IR)、荧光发射和激发光谱(PL、PLE)等技术手段进行了表征。 荧光发射光谱显示,氧化石墨烯(GO)在可见光的激发下可以得到波长在600~800 nm范围内的宽谱近红外荧光。 通过比较氧化石墨烯水热还原前后的光谱变化,发现氧化石墨烯近红外荧光起源于氧化石墨烯的表面含氧基团,如C=O、COOH。 近红外荧光穿透性好、对生物组织损坏小,非常适合于生物成像,预示着氧化石墨烯在生物成像方面的应用潜力。     

电化学还原的氧化石墨烯修饰电极检测L-色氨酸

制备了氧化石墨烯修饰玻碳电极,并运用循环伏安法对氧化石墨烯进行了直接的电化学还原,研究了L-色氨酸在该电化学还原的氧化石墨烯修饰玻碳电极上的电化学行为。结果表明,L-色氨酸在该修饰电极上其氧化峰电流与裸玻碳电极相比增大了7.1倍,且峰电位负移80mV。利用差分脉冲伏安法,在pH=6.5的磷酸盐缓冲溶液中测定L-色氨酸,氧化峰电流与其浓度在0.4～65.0μmol/L范围内呈良好的线性关系,相关系数为0.998,方法检出限为0.2μmol/L。     

超级电容器纳米氧化锰电极材料的合成与表征

以聚乙二醇为分散剂,利用高锰酸钾和醋酸锰溶液之间的化学共沉淀法制备纳米水合氧化锰.借助SEM,TEM,FT-IR,XRD和BET分析手段对样品结构及性能进行表征.研究结果表明,SEM和TEM显示所得粉体为纳米粉体,粒径大约为10～30nm左右,XRD分析表明该粉体为无定型a-MnO₂·nH₂O,FT-IR分析表明获得的粉体为水合物,BET测试比表面积达160.7m²/g.以氧化锰为研究电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,铂片为辅助电极的三电极体系中,以1 mol/L的Na₂SO₄溶液为电解液,通过循环伏安法研究其电化学行为.实验结果表明,纳米氧化锰是理想的超级电容器电极材料,在电位窗口为-0.2～0.9V(vs.SCE)范围内,扫描速度为4mV/s,其比电容达到203.4 F/g.     

基于钯/壳聚糖/氧化还原石墨烯修饰电极的制备 及对利发霉素的检测

制备了钯(Pd)/壳聚糖-还原氧化石墨烯(CS-RGO)修饰电极。采用循环伏安法研究了利发霉素在该修饰电极上的电化学行为,并利用示差脉冲伏安法对其进行测定。在0.1 mol·L~(-1)的磷酸盐缓冲溶液(PBS,pH=7.0)中,利发霉素的氧化峰电流大小与其浓度在1.0×10~(-7)～1.0×10~(-3) mol·L~(-1)浓度范围内成良好的一次线性关系,检出限为7.4×10~(-9) mol·L~(-1)(S/N=3)。此外,该修饰电极具有很好的稳定性和抗干扰能力。     

聚苯胺-还原氧化石墨烯复合材料的比电容及超级电容性能

Flaky polyaniline-reduced graphene oxide (PANI-rGO) composites have larger specific capacitance due to the improved redox charge of PANI in the composites, fabricated by simultaneous reduction of PANI-GO. The structural and morphological analyses were carried out using scanning electron microscopy, UV-Vis spectroscopy, and thermogravimetry. The results showed that the composites are flaky in shape. PANI is uniformly coated on GO, and PANI-rGO has specific capacitance as high as 1069 F·g^-1 (1.71 F·cm^-2) at a current density of 20 A·g^-1, 5 times higher than PANI-GO; this is caused by the large surface and conductivity of the rGO in the composite.     

纳米NiO-还原石墨烯复合修饰玻碳电极的制备及电催化检测多巴胺

制备了纳米NiO-还原石墨烯复合修饰电极(NiO-rGO/GCE),并用于多巴胺(DA)的检测。用循环伏安法(CV)和差分脉冲伏安法(DPV)研究了DA在该修饰电极上的电化学行为。结果表明,在pH=7.0的磷酸盐缓冲溶液(PBS)中,该修饰电极对DA有良好的催化作用。DA浓度在5.0×10-7~3.2×10-5 mol/L范围内与氧化峰电流呈良好的线性关系,检出限为3.8×10-8 mol/L。用该修饰电极直接测定了血清中DA含量,回收率在97.8%~101.1%之间。     

微波辅助溶剂热法制备Pt/石墨烯-TiO2及其催化性能

质子交换膜燃料电池具有比能量高、结构简单、工作温度低、高效清洁和安静无摩擦等优点,是一种非常具有发展前景的电源.燃料电池借用电催化剂把燃料与氧化剂中的化学能转化为电能,通常采用碳粉负载的Pt催化剂.在燃料电池的工作环境下,碳粉载体容易腐蚀和团聚,降低了催化剂活性和稳定性,进而降低了燃料电池的使用寿命.因此,探索高稳定性的催化剂载体有利于提高催化剂的稳定性,促进燃料电池的实用化进程.为增强催化剂载体的抗腐蚀能力,一些金属氧化物如SnO2,WO3,CeO2和TiO2等被用作催化剂载体.其中,TiO2因具有稳定的化学性能以及与金属之间的"强相互作用"而备受研究者关注.但TiO2载体比表面积小和导电能力弱等缺点限制了它在燃料电池中的应用.石墨烯具有卓越的导电性和比表面积,却容易发生团聚.利用TiO2与碳材料间存在的协同作用,将TiO2与石墨烯复合来制备复合载体,能够增强TiO2的导电能力,抑制石墨烯的团聚,提高催化剂载体的化学稳定性和比表面积.本文采用微波辅助溶剂热法制备了石墨烯-TiO2复合载体和Pt/石墨烯-TiO2催化剂,研究了TiO2含量对催化剂活性和稳定性的影响.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对制备的样品进行了微观结构和成分表征.结果表明,Pt/石墨烯-TiO2催化剂中TiO2为立方状纳米颗粒,粒径约为60 nm,均匀地分布在石墨烯上;Pt纳米粒子倾向于锚定在TiO2与石墨烯之间,而且分布均匀.采用线性伏安扫描(LSV)和循环伏安法(CV)测试了不同TiO2含量的Pt/石墨烯-TiO2催化剂的活性和稳定性.发现TiO2的加入确实能够提高催化剂的稳定性,随着TiO2含量的提高,催化剂稳定性增加.当TiO2含量为20%时,催化剂的起始电压与极限电流均与Pt/C催化剂接近.经过循环伏安扫描3000圈的快速老化测试后,Pt/石墨烯-TiO2催化剂起始电压的负移明显低于Pt/C催化剂,呈现了优良的稳定性和催化活性.     

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.     

还原氧化石墨烯/TiO2复合材料在钠离子电池中的电化学性能

二氧化钛(TiO₂)作为有前景的钠离子电池负极材料, 具有良好的循环稳定性, 但由于其导电率较低, 而导致容量和倍率性能不佳限制了其实际应用. 本文采用喷雾干燥技术制备了氧化石墨烯/纳米TiO₂复合材料(GO/TiO₂), 通过热处理获得还原氧化石墨烯/TiO₂复合材料(RGO/TiO₂). 电化学测试结果表明, 还原氧化石墨烯改性的RGO/TiO₂复合材料的电化学性能得到显著提升, RGO含量为4.0%(w)的RGO/TiO₂复合材料在各种电流密度下的可逆容量分别为183.7 mAh·g^-1 (20 mA·g^-1), 153.7 mAh·g^-1 (100 mA·g^-1)和114.4 mAh·g^-1 (600mA·g^-1), 而纯TiO₂的比容量仅为93.6 mAh·g^-1 (20 mA·g^-1), 69.6 mAh·g^-1 (100 mA·g^-1)和26.5 mAh·g^-1 (600mA·g^-1). 4.0%(w) RGO/TiO₂复合材料体现了良好的循环稳定性, 在100 mA·g^-1电流密度下充放电循环350个周期后, 比容量仍然保持146.7 mAh·g^-1. 同等条件下, 纯TiO₂电极比容量只有68.8 mAh·g^-1. RGO包覆改性极大提高了TiO₂在钠离子电池中的电化学嵌钠/脱钠性能. RGO包覆改性技术在改进钠离子电池材料性能中将有很好的应用前景.     

正丁基氯化镁还原氧化石墨烯的表征

采用元素分析、红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱、X射线衍射(XRD)、固体¹³C核磁共振波谱(¹³C MAS NMR)、热失重分析(TGA)、导电率测试以及原子力显微镜(AFM)等手段对正丁基氯化镁还原的氧化石墨烯进行了系统的表征. 结果表明, 正丁基氯化镁可以有效还原氧化石墨烯, 随着其用量的增加, 氧化石墨烯还原程度增加, 碳/氧摩尔比升高, 片层间距减小, 热稳定性增强, 导电率增大(可达3.6×10² S/m). 还原后部分氧化石墨烯片层发生聚集.     

电泳沉积制备氧化石墨烯-银电极及其氧还原催化性能

通过在1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中超声剥离氧化石墨制备出稳定的氧化石墨烯（GO）分散液,添加AgNO₃使氧化石墨烯吸附Ag+而带正电荷。采用电泳沉积法使GO沉积到阴极的玻璃碳电极上,Ag+被电化学还原为单质银,均匀的分散在GO片层当中。通过AFM、SEM、Raman、XRD及元素面扫分析对制备电极的形貌、结构进行表征。在碱性环境中进行氧还原测试,结果表明GO+Ag电极的氧还原起始电位较玻璃碳电极最大正移228mV,还原电流密度最大为7.564mA·cm^-2,是玻璃碳电极的3.4倍。通过不同转速下的线性扫描曲线绘制Koutechy-Levich图,计算氧还原反应的电子转移数为3.3。     

微波溶剂热法制备掺氮石墨烯用于碱性氧还原反应

采用微波处理氧化石墨烯（GO）与乙二醇（EG）、乙二胺（ED）混合液的方法制备氮掺杂石墨烯（NG）,使用旋转圆盘电极对NG催化氧还原在碱性溶液中反应进行研究,并考察了不同微波辐射时间、ED与EG之比对反应性能的影响。采用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱（Raman）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）研究了NG催化剂的结构与性质。相比于未掺氮的石墨烯样品,NG表现出更正的起始电位和接近四电子的转移过程。NG中掺杂氮原子的键合方式通过XPS进行表征,结果表明起始电位的高低取决于石墨氮含量。此外,所有表征结果表明总氮含量与氧还原反应性能没有直接关系。