功能化石墨烯/活性炭复合电极及不对称电容器脱盐

以3-氨丙基三乙氧基硅烷(AMPTS)修饰氧化石墨(GO)还原合成氨基功能化石墨烯(GP-NH2).傅里叶变换红外(FTIR)光谱和X射线能谱(EDX)分析证明了氨基基团的成功接枝.以GP-NH2为添加剂,制备胺化石墨烯/活性炭(GP-NH2/AC)复合电极,并以GP-NH2/AC为正极,AC电极为对电极,组装不对称电容器(AC||GPNH2/AC)用于电容脱盐.实验表明,AC||GP-NH2/AC单循环脱盐量为7.63 mg·g-1,电流效率达77.6%.利用磺酸重氮盐接枝石墨烯制备磺化石墨烯(GP-SO3H)及磺化石墨烯/活性炭(GP-SO3H/AC)复合电极.并以GPSO3H/AC为负极,GP-NH2/AC为正极,组装不对称电容器(GP-SO3H/AC||GP-NH2/AC)用于电容脱盐,其平均脱盐速率可达0.99 mg·g-1·min-1,比纯AC电极提高了接近5倍.充放电速率提高了30%;而且由于正、负极表面固有电荷的存在,大大降低了反离子效应,电流效率由40%(纯AC||AC对称电容器)提高到92.8%.表明电极内功能化导电石墨烯的存在既提高了导电性,又兼具离子选择性的作用,从而明显改善电极的脱盐性能.     

功能化石墨烯/活性炭复合电极及不对称电容器脱盐

以3-氨丙基三乙氧基硅烷(AMPTS)修饰氧化石墨(GO)还原合成氨基功能化石墨烯(GP-NH₂). 傅里叶变换红外(FTIR)光谱和X射线能谱(EDX)分析证明了氨基基团的成功接枝. 以GP-NH₂为添加剂, 制备胺化石墨烯/活性炭(GP-NH₂/AC)复合电极, 并以GP-NH₂/AC 为正极, AC电极为对电极, 组装不对称电容器(AC||GPNH₂/AC)用于电容脱盐. 实验表明, AC||GP-NH₂/AC 单循环脱盐量为7.63 mg·g^-1, 电流效率达77.6%. 利用磺酸重氮盐接枝石墨烯制备磺化石墨烯(GP-SO₃H)及磺化石墨烯/活性炭(GP-SO₃H/AC)复合电极. 并以GPSO₃H/AC为负极, GP-NH₂/AC 为正极, 组装不对称电容器(GP-SO₃H /AC||GP-NH₂/AC)用于电容脱盐, 其平均脱盐速率可达0.99 mg·g^-1·min^-1, 比纯AC电极提高了接近5倍. 充放电速率提高了30%; 而且由于正、负极表面固有电荷的存在, 大大降低了反离子效应, 电流效率由40% (纯AC||AC对称电容器)提高到92.8%. 表明电极内功能化导电石墨烯的存在既提高了导电性, 又兼具离子选择性的作用, 从而明显改善电极的脱盐性能.     

氧化铅/石墨烯/活性炭的制备及电化学行为（英文）

将商业活性炭和石墨烯在饱和硝酸铅溶液中超声浸渍,并通过化学沉积结合高温煅烧制备了氧化铅/石墨烯/活性炭(PbO/GN/AC)复合材料. 采用XRD、SEM、EDS等手段对复合物进行了物相及微观结构表征. 测试结果发现,PbO（约200 nm）颗粒均匀的分散在活性炭和石墨烯的表面. 复合物表现出优异的电化学性能,具有较高的析氢过电位;比电容高达312.6 F·g^-1;等效串联内阻仅为1.56 Ω. 6000次循环之后,复合物电极的电容保持率仍达到92.6%. 将5wt%的Pb(PbO)/活性炭材料加入到铅酸电池负极铅膏中制备相应铅炭超级电池,循环次数达到18051次,是普通铅酸蓄电池的3.5倍.     

纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合材料用于高性能超级电容器

以高浓度氧化石墨烯(GO)溶液作为反应前驱体,纳米纤维素(NC)作为物理间隔物和电解液储存器,通过简单的一步水热法制备了纳米纤维素/还原氧化石墨烯(NC/rGO)复合材料,并探究了其作为超级电容器电极材料的潜力。结果如下：NC添加量为1 mL所制备的NC/rGO-1具有最佳电化学性能。基于NC/rGO-1的无黏合剂对称型超级电容器在0.3 A·g^-1的电流密度下显示出了269.33 F·g^-1和350.13 F·cm^-3的高质量和体积比电容,并在10.0 A·g^-1时仍能达到215.88 F·g^-1和280.62 F·cm^-3(其初始值的80.15%)。组装器件还显示出了较高的质量和体积能量密度(9.3 Wh·kg^-1和12.13 Wh·L^-1)和出色的循环性能(10 A·g^-1下10 000次循环后其初始比电容仅减少6.02%)。     

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.     

用于超级电容器电极材料的石墨烯基纳米复合物的种类和研究现状

超级电容器是目前研究较多的新型储能元件,其大的比电容、高的循环稳定性以及快速的充放电过程等优良特性,使其在电能储存及转化方面得到广泛应用。超级电容器的电极材料是它的技术核心。石墨烯作为一种新型的纳米材料,具有良好的导电性和较大的比表面积,可作为超级电容器的电极材料。利用其他导电物质对石墨烯进行改性和复合,可以在保持其本身独特优点的同时提高作为电极材料的导电率、循环稳定性等其他性能。本文从半导体/石墨烯复合材料、金属及金属氧化物/石墨烯复合材料、石墨烯/导电聚合物复合材料3个方面综述了复合改性后的石墨烯在超级电容器电极材料方面的研究进展。通过对各复合物电极材料的制备方法和性能的对比分析,指出石墨烯基复合物作为超级电容器的电极材料的未来研究内容是开发低成本、高比容量和高循环稳定性的复合物。     

一种活性炭比容量的测试

本文采用三电极有机锂盐体系对一种性炭(AC)的比容量进行测试、分析,发现在活性炭对称电容器中,正极活性炭的双电层容量为79.24F/g,活性炭做负极时,在不同的电位下表现出不同的容量性质,在较低电位下活性炭比容量为61.85F/g,而较高的电位比容量为96.54F/g.在对比活性炭对称电容器体系和AC/Li4Ti5O12、 LiMn2O4/AC两种不对称电容器体系,发现AC/Li4Ti5O12、LiMn2O4/AC不对称电容器测试出来的活性炭比容量比活性炭对称电容器的测试出来比容量提高约9.6%～17.8%不等.     

激光直写微型RGO/MWCNT/CF平面柔性超级电容器的制备及性能

将采用改性Hummers法制备的氧化石墨烯与多壁碳纳米管(MWCNT)复合, 通过激光直写的方法制备了以棉织物(Cotton fabric, CF)为基底的石墨烯复合碳纳米管的同心圆形织物柔性平面超级电容器(RGO/MWCNT/CF). 通过扫描电子显微镜、 X 射线衍射和拉曼光谱技术对RGO/MWCNT/CF进行了表征, 并对超级电容器的电导率和电化学性能进行了测试. 结果表明, 电极材料经激光还原后导电率达到了7.19×10 ⁴ S/m, 表现出良好的导电性能. 以RGO/MWCNT/CF为工作电极、 PVA/LiCl凝胶为电解质组装的超级电容器具有良好的电化学性能, 在电位窗口为0~1 V、 电流密度为40.8 mA/cm ²时比电容达到24 mF/cm ², 功率密度为61 mW·h/kg, 能量密度为1.22 mW·h/kg, 且循环1000次仍能保持92%的比电容.     

新碳源制备活性炭和石墨烯及其非等电极电容水系超级电容器（英文）

碳材料具有不同的微米和纳米结构以及本体和表面的官能基团,因此成为最普遍采用的超级电容器电极材料。典型的例子是活性炭和石墨烯。最近的研究趋势是通过新方法,以传统和新碳源,例如生物质、聚合物、氧化石墨、碳氢以及二氧化碳气体,来制备成本低、电容性能高的活性炭和石墨烯。特别是,大多数新碳源衍生碳非常适用于水系电解液。电荷存储不仅发生在"碳|电解液"界面上(形成双电层),也依靠本体和表面的官能化带来的氧化还原活性,包括有限离域价电子转移反应。此外,进一步理解电荷存储机制有助于设计出比传统对称电容器具有更高电压和比能量的非等电极电容水系超级电容器。本文综述了新碳源衍生碳材料和器件的最新进展,为超级电容器技术的持续发展助力。     

自支撑三维功能化石墨烯/聚苯胺电极材料的制备及超级电容性能

采用水热法制备了三维石墨烯(3D-G),并以十八胺(ODA)为接枝剂对部分还原的氧化石墨烯进行氨基化处理,再利用原位聚合法在氨基化石墨烯表面生长聚苯胺,制备了十八胺功能化石墨烯/聚苯胺(G-ODA/PANI).对材料进行了结构表征、电化学性能分析和材料结构的比电容贡献分析.结果显示,电极材料的电容贡献大部分体现为材料的表面电容,G-ODA/PANI电极片在1 A/g电流密度时的比电容最高可达1080 F/g,是未功能化石墨烯/聚苯胺电极材料(G/PANI)的2.57倍,且循环稳定性也有很大的提高,循环10000周后的比容量保持率为90.8%,比G/PANI高9.6%.     

Poly(styrene-co-acrylonitrile) based proton conductive membranes

Sulfonated poly(styrene-co-acrylonitrile) (PSAN–SO₃H) membranes were obtained by sulfonation of the original styrene–acrylonitrile copolymer, in different molar ratios, and characterized by vibrational spectroscopy (FTIR), thermal analyses (TGA and DSC) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The thermal stability of the sulfonated polymers exhibited a dependence on the sulfonation degree and reached 261 °C for samples up to 1:4 (sulfonating agent to styrene unit). FTIR spectra showed the covalent incorporation of sulfonic groups at the styrene units, confirming the PSAN–SO₃H formation. Vibrational spectra also indicated the presence of hydronium ions and dissociated sulfonic groups, indicating the existence of mobile protons for ion conduction. DSC analyses evidenced two glass transition temperatures (T_g), one associated with an ion-water domain and other with the chain backbone glass transition. The maximum conductivity of PSAN–SO₃H membranes at ambient temperature was about 10⁻³ Ω⁻¹ cm⁻¹, achieving 10⁻² Ω⁻¹ cm⁻¹ at 80 °C. The conductivity dependency on the temperature was found to be linear, similarly to other sulfonic acid polymers described on the literature, and the water uptake reaches 45.7% of the polymer mass, against 18.9% of the original copolymer.     

Synthesis and Electrochemical Performance of Co3O4/Graphene

Co3O4/reduced graphene oxide composites were synthesized via a simple electrochemical method from graphene oxide and Co（NO3）2·6H2O as raw materials.Co3O4 nanoparticles with sizes of around 30-50 nm were distributed on the surface of graphene nanosheets confirmed by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy.Electrochemical properties of Co3O4/graphene composite were tested by cyclic voltammetry,galvanostatic charge-discharge,and electrochemical impedance spectroscopy.The Co3O4/reduced graphene oxide composite was used as the pseudocapacitor electrode in the 2 mol/L NaOH aqueous electrolyte solution.The Co3O4/reduced graphene oxide composite electrode exhibited a specific capacitance of 357 F/g at a current density of 0.5 A/g in a three-electrode system.72％ of capacitance was retained when the current density increased to 3 A/g.The Co3O4/reduced graphene oxide composite prepared electrodes show a high rate capability and excellent long-term stability.After 1000 cycles of charge and discharge,the capacitance is still maintained 87％ at a current density of 1 A/g,indicating that the composite is a oromising alternative electrode material used for supercapacitors.     

Novel thin-film composite membranes with improved water flux from sulfonated cardo poly(arylene ether sulfone) bearing pendant amino groups

A new class of polymeric amine, namely, sulfonated cardo poly(arylene ether sulfone) (SPES-NH₂) was synthesized and used for the preparation of thin-film composite membrane. The TFC membranes were prepared on a polysulfone supporting film through interfacial polymerization with trimesoyl chloride (TMC) solutions and amine solutions containing SPES-NH₂ and m-phenylenediamine (MPDA). The resultant membranes were characterized with water permeation performance, chemical structure, hydrophilicity of active layer and membrane morphology including top surface and cross-section. The membrane prepared under the optimum condition showed the salt rejection and water flux reached 97.3% and 51.2 L/m² h, respectively. The high salt rejection and water flux was attributed to the rigid polymer backbone and the presence of strong hydrophilic sulfonic groups.     

A Novel L‐Cysteine Electrochemical Sensor Using Sulfonated Graphene‐poly(3,4‐Ethylenedioxythiophene) Composite Film Decorated with Gold Nanoparticles

By exploiting the electrostatic interaction between positively charged 3,4‐ethylenedioxythiophene cation radicals and negatively charged sulfonated graphene (SG) sheets, we prepared a poly(3,4‐ethylenedioxythiophene)‐sulfonated graphene (SG‐PEDOT) composite film by a one‐step electrochemical process. The composite was further decorated with gold nanoparticles (AuNPs) and employed as an electrode material for the detection of L ‐cysteine (Cys). The SG‐PEDOT composite film is shown to provide a rough surface for the electrodeposition of AuNPs and to improve substrate accessibility and interaction with Cys. Moreover, the AuNPs‐decorated composite exhibits better electrocatalytic performance than that of a SG‐PEDOT composite only. Under optimum experimental conditions, the amperometric current of the sensor is linearly related to the concentration of Cys in the 0.1 to 382 µM range, and the detection limit is 0.02 µM (at S/N=3). The modified electrode displays favorable selectivity, good stability and high reproducibility. The method was successfully applied to the detection of Cys in spiked human urine.     

层状苯膦酸-磷酸锆的合成与磺化研究

研究了制备苯膦酸-磷酸锆Zr(PO₄H)_2-n(PO₃Ph)_n的主要影响因素。在F^-/Zr⁴⁺=12和H₃PO₄/Zr⁴⁺=20条件下,通过改变苯膦酸用量获得了n=0～2的系列单一晶相层状苯膦酸-磷酸锆,其热稳定性达400℃以上。苯膦酸-磷酸锆的磺化试验表明层间苯环可被完全磺化,磺化产物Zr(PO₄H)_2-n(PO₃PhSO₃H)_n具有丰富的酸性位,其热稳定性亦可达到300℃以上。     

石墨烯/SU-8复合导电光刻胶的制备及传感应用

将导电导热性石墨烯(GR)引入光刻胶SU-8中, 制备了具有导电性的复合光刻胶. 采用超景深显微镜和万用表表征了石墨烯在复合光刻胶中的分散性及复合光刻胶的导电性. 通过光刻法将设计的图案转移到氧化铟锡(ITO)玻璃表面制备了一种新型的GR/SU-8图案化电极元件. 进一步在GR/SU-8/ITO表面电化学原位还原CuNPs, 制备了一种新型无酶传感器. 实验结果表明, 该传感器具有优异的电子转移性能, 在110 mmol/L浓度范围内对过氧化氢具有良好的响应(R²=0.999), 同时稳定性优异, 15 d后电流响应仍可保持90%以上, 表明该导电光刻胶可用于电化学传感领域.     

磺酸化手性向列型介孔二氧化硅的制备及其催化合成龙脑

通过溶胶凝胶法制备了手性向列型介孔二氧化硅(CNMS)和用浸渍法制备了磺酸化手性向列型介孔硅(CNMS-SO₃H)固体酸催化剂。 通过比表面积分析(BET)、X射线衍射仪(XRD)、红外吸收光谱分析法(FT-IR)、氨-程序升温脱附(NH₃-TPD)和吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)等技术手段表征催化剂的结构和性质。 结果表明,在α-蒎烯与无水草酸物质的量比为1∶0.4,CNMS-SO₃H催化剂用量与松节油的质量比为7∶100。 温度为100 ℃,时间为8 h,龙脑的收率最高为49.89%,α-蒎烯转化率为100%,正龙脑的量是异龙脑的4倍。 固体酸催化剂具有很好的催化活性和稳定性,在重复使用8次之后,α-蒎烯转化率在99%以上。