薄层大面积自支撑碳纳米管电极材料的电容脱盐性能

以具有三维开放网络结构的烧结8 μm-Ni金属纤维(SMF-Ni)为基底, 通过乙烯催化化学气相沉积法在金属纤维表面生长碳纳米管(CNTs), 制备了以金属Ni纤维网络为集流极、CNTs为离子存储库, 尺度跨越宏观、介观和纳米的自支撑薄层大面积CNTs/SMF-Ni(CNTs质量分数为50%)复合电极材料. 用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、N₂吸附、脱附等温线和X射线衍射(XRD)等方法对电极材料进行了表征, 并考察了其作为电极对质量分数为0.01%的NaCl水溶液的电容脱盐性能. 自支撑CNTs/SMF-Ni复合电极材料由于具有优异的离子传导和表面电荷传递性能以及较大的介孔表面积, 在1.2 V的工作电压和5 mL/min的水溶液流速下, 对NaCl的电吸附容量和脱盐率分别达159 μmol/g CNTs和57%. 用H₂O₂对CNTs/SMF-Ni电极材料进行氧化处理后, CNTs表面含氧基团的大量增加增大了材料的亲水性, 从而进一步提升了该复合材料的电容脱盐性能.     

电化学阴极沉积制备氧化镍/碳纳米管复合电极的准电容特性

A novel type of composite electrode based on multiwalled carbon nanotubes coated with nano nickel oxide particles has been used in supercapacitors. Nickel oxide cathodically deposited from Ni(NO3)2 solution with carbon nanotubes as the matrix exhibited large pseudocapacitance of 25F/g in 6 mol/L KOH. The morphology of composites was examined by scanning electron microscope (SEM). To characterize the CNTs/nickel oxide composite electrode, a charge discharge cycling test for measuring specific capacitance, cyclic voltammetry, and ac impedance test is executed. The nickel oxide composite exhibiting excellent pseudocapacitive behavior(i.e.high reversibility, high specific capacitance, and low self discharge rate) has been demonstrated to be a potential candidate for the application of electrochemical supercapacitors.     

石墨烯纤维材料的化学气相沉积生长方法

石墨烯纤维材料是以石墨烯为主要结构基元沿某一特定方向组装而成或由石墨烯包覆纤维状基元形成的宏观一维材料。根据组成基元的不同可将石墨烯纤维材料分为石墨烯纤维和石墨烯包覆复合纤维。石墨烯纤维材料在一维方向上充分发挥了石墨烯高强度、高导电、高导热等特点,在智能纤维与织物、柔性储能器件、便携式电子器件等领域具有广阔的应用前景。随着化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)制备石墨烯薄膜技术的发展,CVD技术也逐渐应用于石墨烯纤维材料的制备。利用CVD法制备石墨烯纤维可避免传统纺丝工艺中繁琐的氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)还原过程。同时,通过CVD法直接将石墨烯沉积至纤维表面可以保证石墨烯与纤维基底之间强的粘附作用,提高复合纤维的稳定性,同时可实现对石墨烯质量的有效调控。本文综述了石墨烯纤维材料的CVD制备方法,石墨烯纤维材料优异的力学、电学、光学性质及其在智能传感、光电器件、柔性电极等领域的应用,并展望了CVD法制备石墨烯纤维材料未来的发展方向。     

化学气相沉积法制备氧化锡自组装纳米结构

采用化学气相沉积法在镀有5-10 nm厚金膜的SiO2衬底上, 通过控制生长条件, 实现了二氧化锡纳米结构的自组装生长, 成功制备出了莲花状和菊花状的二氧化锡自组装纳米结构. 利用扫描电子显微镜、X射线衍射等表征分析手段对样品的表面形貌、结构及成份进行表征和研究. 并在此基础上, 讨论了两种自组装纳米结构的生长机制.     

自支撑硫镍基电极材料制备及其赝电容性能

硫镍基赝电容超级电容器具有较高的比电容和功率密度等优点,是下一代理想的储能装置之一,但其实际应用受到其活性材料的制约,如导电性低和循环性能差等。研究者围绕增强硫镍基赝电容电极材料导电性和提升循环稳定性进行了大量的研究工作。其中,构建自支撑的电极材料被认为是一种降低活性材料和集流体之间界面电阻的有效方法。本文综述了制备自支撑硫镍基赝电容电极的常见方法,并就活性材料的形貌与性能关系进行了总结,主要着眼于集流体改性、离子掺杂、复合材料构建及形貌调控优化等。最后对自支撑硫镍基赝电容电极材料的研究方向进行了展望。     

聚3,4-乙烯二氧噻吩/石墨烯/钛电极的制备及其电化学性能

采用直流电弧等离子体喷射化学气相沉积法把石墨烯生长在钛(Ti)基底上,并采用电化学氧化聚合法在石墨烯表面沉积聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT),由此构造PEDOT/石墨烯/Ti电极。形貌及结构表征结果表明,电聚合200圈以上的PEDOT呈线状或泡沫状且均匀分布于石墨烯表面。电化学性能测试结果表明,PEDOT/石墨烯/Ti电极具有高的比电容和库伦效率;其电聚合次数为400圈时,与PEDOT/Ti电极相比,比电容提高42倍,其最大电势窗口可达1.4 V,而在0～1.2 V电势窗口范围内,扫描速度为10 mV·s-1时,比电容可达到269.6 mF·cm-2。     

自支撑石墨烯/聚苯胺纳米纤维薄膜的制备及其电化学电容行为

用真空抽滤氧化石墨（GO）与聚苯胺（PANI）纳米纤维的混合分散溶液,流动组装得到自支撑GO/PANI复合薄膜,再利用气态水合肼还原其中的GO,最后重新氧化和掺杂还原态PANI,制备了自支撑石墨烯（GN）/PANI薄膜.扫描电子显微镜（SEM）结果显示,GN/PANI薄膜为层状结构,且PANI纳米纤维均匀插层于GN片间.PANI纳米纤维在复合薄膜中的存在有效增大了GN之间的层间距,有利于电解液离也GN充分接触.GN的高电导性则有利于PANI氧化还原过程中的电荷传输.电化学测试表明,GN/PANI薄膜在1 mol·L^-1HCl电解液中具有良好的电化学电容性能,在0.1 A·g^-1的电流密度下的比容量为495 F·g^-1,在3A·g^-1时为313 F·g^-1.经过2000次连续充放电,其具有90%的电容保持率,表明该复合材料具有良好的电化学稳定性.     

CeO2助Ni/MgO催化剂用于化学气相沉积法制备多壁碳纳米管

以柠檬酸燃烧法制备的Ni/MgO,Ni/CeO2-MgO和Ni/CeO2为催化剂,CH4为碳源,采用化学气相沉积法制备多壁碳纳米管(MWCNTs),通过N2吸附、X射线衍射、H2程序升温还原和X射线光电子能谱对催化剂进行表征,并运用热重和透射电镜表征了碳纳米管的质量和形貌.结果表明,CeO2的加入可有效地降低还原温度和...     

等离子体增强化学气相沉积法制备WO3-x/C复合材料及其储锂性能研究

三氧化钨(WO_3)凭借其在锂离子电池中较高的理论比容量(～700mAh·g~(-1))以及廉价易得的特性而引起了科研工作者广泛的研究兴趣,然而其相对较差的导电性以及在循环过程中所发生的较大体积变化导致其倍率性能和循环性能并不理想。为了增强其导电性,减缓体积变化所带来的负面影响,本文采用等离子体增强的化学气相沉积法成功地在所制备的WO_(3-x)纳米片上包覆含有氮元素掺杂的无定形碳。氮掺杂碳的包覆可以有效降低循环过程中发生的较大体积变化问题,而且可以提供更多的位点供锂离子进行嵌入/脱嵌。电化学测试表明,所制备的WO_(3-x)/C电极相比于WO_(3-x)电极和商业WO_3电极,展现出更好的倍率性能和循环性能。动力学模拟与计算表明,经过碳包覆的WO_(3-x)/C电极具有更小的电荷转移电阻和更快的锂离子扩散速率,从而有效提升其电化学性能。     

减压化学气相沉积法制备规则螺旋状纳米碳管

以硅胶负载的Co纳米颗粒为催化剂,在低流量的减压体系中通过化学气相沉积法制备了规则螺旋状的纳米碳管.通过TEM和HRTEM研究了螺旋碳管的形貌、尺度分布以及管身、曲面和节点处的晶型;讨论了催化剂制备中pH值对催化剂的尺寸、规则程度和存在形态以致对螺旋碳管产量、管径厚度以及螺旋管的相对比例的影响;此外,还分析了反应压力对碳管生长的影响.     

微波等离子体辅助化学气相沉积法低温合成定向碳纳米管阵列

自碳纳米管被发现以来[1] ,这种准一维纳米新材料由于其优异的力学、电学、储氢等理化性质而显示出非常重要的理论研究与实际应用价值[2 ,3] .碳纳米管阵列更可作为场致发射器件 ,有望应用于冷阴极平板显示器或纳米电子学等前沿领域[4 ] ,成为碳纳米管研究中的热点 .在已有报道的多种制备碳纳米管阵列的方法中 ,以孔性硅或孔性 Al2 O3作为模板剂 ,通过化学气相沉积制备的方法较为普遍[5～ 7] ,但此类方法往往需要在较高温度 (高于 70 0℃[6 ,7] )下进行 ,对于碳纳米管阵列最诱人的应用前景之一平板显示器而言 ,要求在显示玻璃表面直接生长…     

Synthesis of Carbon Nanotubes by Catalytic Chemical Vapor Deposition Using Hydrogen Storage Alloy as A Catalyst

Carbon nanotubes, which was discovered by Iijima1 in 1991, is the most typical one-dimensional nano-material with the micrometers order in length and nanometers order in diameter. CNTs are composed of graphitic sheets rolled into closed concentric cylinders, and classed into single wall nanotubes and multi-wall nanotubes. CNTs can offer many significant advantages over most existing materials. Since its discovery, unprecedented interest has been stimulated because of its significance both in…     

TiO2陶瓷顶层膜的化学气相淀积生长研究

以ＴｉＣｌ和Ｔｉ（ＯＣ４Ｈ９）４为源物质采用热化学气相淀只（ＣＶＤ）法及射频ＰＣＶＤ法在多孔α－Ａｌ２Ｏ３陶瓷衬底上淀积生长ＴｉＯ２薄膜，观测ＴｉＯ２膜的生长方式、生长速率以及结构和表面形貌等，讨论其生长机制，评价ＣＶＤ改性生长的顶怪ＴｉＯ２陶瓷膜的气体渗透性。     

Nano‐structured Hollow Carbon Materials from a Non‐isothermal Chemical Vapor Deposition of Polyphenols

Pyrogallic acid (PG) was used as a modeling carbon source in fabricating nano‐structured hollow carbon materials (HCMs) by a chemical vapor deposition (CVD) method. We found that non‐isothermal deposition can improve the integrity of the obtained HCMs. The different pyrolyzed species from PG under varied temperatures lead to the temperature‐dependent deposition yield, graphitization degree and morphology of the HCMs. HCMs including hollow spheres of varied sizes, cubic boxes with yolk‐shell structure, nanotubes, mesoporous particles and double‐shelled fibers, were prepared by using different templates, demonstrating the universality of this strategy. The carbon source has been extended to other plant polyphenols. The abundant and renewable solid precursors for CVD method endow this strategy excellent operation safety, improved storage and transportation convenience and low cost, and would boost the production of morphology‐ and size‐controlled HCMs and their applications in the fields such as water treatment, electrode materials, adsorbent, drug delivery, and so forth.     

From Amorphous Carbon to Carbon Nanobelts and Vertically Oriented Graphene Nanosheets Synthesized by Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition

Carbon materials with various structures were produced via plasma-enhanced chemical vapor deposition by controlling substrate temperature and mixed gases in the atmosphere. Scanning electron microscopy(SEM), transmission electron microscopy(TEM), high resolution transmission electron microscopy(HRTEM) and Raman spectroscopy were employed to investigate the morphology and structure of the materials. The results show that at a low substrate temperature(100 ℃) in CH₄:Ar(flow rate ratio was 100 cm³/min:10 cm³/min), amorphous carbon formed on Si(100) that could act as a support for the growth of carbon nanobelt and layer graphene at 800 ℃. Vertically oriented multi-layer graphene nanosheets(GNs) were catalyst-free synthesized on Si and Ni foam at 800 ℃ in a mixture of CH₄:Ar(20 cm³/min:60, 80 and 100 cm³/min). The capacitor character investigated by cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge indicates that for the as-synthesized GNs, the electrochemical capacitance is very small(16 F/g at current density of 16 A/g). However, having been treated in acidic solution, the GNs exhibited good capacitive behavior, with a capacitance of 166 F/g, and after 800 charge/discharge cycles at 32 A/g, the capacitance could retain about 88.4%. The enhancement of specific capacitance is attributed to the increase of specific surface area after etching treatment of them.     

化学气相沉积法合成Fe/CMK-5及其对溶菌素的吸附性能

以SBA-15为模板,二茂铁为碳源,利用化学气相沉积(CVD)法合成了Fe/CMK-5复合材料.用粉末X射线衍射、低温N2吸附、热重分析、透射电镜等对复合材料进行了表征.结果表明复合材料中碳以CMK-5结构存在,Fe颗粒均匀地分布在CMK-5的骨架中,通过调节CVD时间可改变Fe/CMK-5的结构参数.在pH值为11的缓冲溶液中研究了Fe/CMK-5系列复合材料对溶菌素(lysozyme)的吸附性能,考察了溶菌素在Fe/CMK-5孔道内部的结构稳定性以及在不同pH值溶液中的泄露量.     

催化剂活性组分及温度对化学气相沉积法制备碳纳米管的影响

通过XRD、DTA和TEM方法 ,研究了不同温度下催化剂活性组分Co和Ni对化学气相沉积(CVD)法制备碳纳米管的影响。结果表明 ,在最佳反应温度 ( 65 0℃ )下 ,碳纳米管在催化剂Co Al2 O3 上的产率为 45 7g 1 0 0g·cat,高于在Ni Al2 O3 上的产率 3 42g 1 0 0g·cat。XRD分析表明 ,相对于催化剂Co Al2 O3 ,在Ni Al2 O3 上制备的碳纳米管石墨化程度更高。当合成温度从 65 0℃增加到 75 0℃时 ,在催化剂Co Al2 O3 和Ni Al2 O3 上生成的多壁碳纳米管的 ( 0 0 2 )晶面的层间距分别从 3 45 和 3 42 减小到 3 3 9 和3 3 7 。进一步分析发现 ,在焙烧或催化反应过程中 ,Co、Ni与γ Al2 O3 之间存在相互作用且生成了新相物质 ,其衍射峰分别为 2θ=5 1 5 6°和 2θ=5 1 97°     

HY分子筛为模板合成的微孔炭及其电化学电容性能

以HY分子筛为模板, 采用糠醇浸渍炭化法和糠醇浸渍-乙腈气相沉积炭化法制备了多种微孔炭材料, 分别标记为PFA系列和AN系列, 并研究了其电化学电容性能. X射线衍射(XRD)测试表明AN系列炭材料较好地复制了HY分子筛模板的孔结构有序性. X射线光电子能谱仪(XPS)测试表明, 乙腈气相沉积在炭材料中引入丰富的含氮官能团. 氮气吸附测试表明, 炭材料是典型的微孔材料, 具有较高的比表面积, 较窄的孔径分布范围. 电化学测试表明, AN系列炭材料电容性能较好, 并具有明显的赝电容, 其中AN8的比电容最大可达210 F·g^-1. AN系列炭材料的电容保持率与材料的导电性和介孔率有关.