石墨烯-氧化锌复合材料及其电化学性能

采用Hummers法制得氧化石墨,再经溶剂热法一步合成石墨烯-氧化锌复合材料（GZO）. 在6 mol·L^-1氢氧化钾电解液中,测试循环伏安曲线、交流阻抗谱图和计时电位曲线. 结果表明,石墨烯-氧化锌复合材料电极的比电容为115 F·g^-1,具有较好的循环寿命,改善了超级电容器的性能.     

氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料的制备及其电化学性能

采用水热法制备了氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料及作为比较的三维石墨烯、氢氧化镍纳米线、还原氧化石墨烯和氢氧化镍纳米线/还原氧化石墨烯, 通过X射线衍射、扫描电镜、热失重分析和氮气吸脱附表征了材料的形貌、结构和组成, 并采用循环伏安法和恒电流充放电测试了复合材料的电化学性能. 结果表明: 氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料中直径为20-30 nm的氢氧化镍纳米线和三维结构的石墨烯紧密结合, 相互交联形成网状结构, 其比表面积达到136 m²·g^-1, 孔径分布20-50 nm, 氢氧化镍纳米线的含量达到88% (w,质量分数). 在6 mol·L^-1的KOH电解液中, 复合材料的比电容在1 A·g^-1电流密度下达到1664 F·g^-1, 在1 A·g^-1电流密度下循环3000 次后的比电容保持率为93%. 将复合材料的比电容和循环性能与氢氧化镍纳米线、氢氧化镍纳米线/还原氧化石墨烯、三维石墨烯和还原氧化石墨烯的性能进行比较, 发现三维石墨烯较还原氧化石墨烯具有更高的比表面积和三维多孔结构, 可以更大地提高活性物质的利用率, 进而提高复合材料的比电容和稳定性.     

一种多羰基氮杂环镍基配位聚合物的合成及其超电容性能

过渡金属配位聚合物的结构中包含具有氧化-还原活性的过渡金属离子或原子簇,还可以包含具有氧化-还原活性的有机配体,这些特征使其具有作为高性能超级电容器电极材料的应用潜力。本文通过简单的溶剂热反应合成了一种镍基配位聚合物Ni-PAD (PAD=N,N′-二(1,2,4-三唑基)均苯四甲酰二亚胺),并首次研究了它作为超级电容器的电极材料的性能。研究结果表明：三电极体系下,Ni-PAD电极展示了高的放电比容量,较高的倍率性能和较好的循环稳定性。在1 A·g^-1电流密度下和1M KOH溶液中,其比电容最大可达1145 F·g^-1。在2 A·g^-1的电流密度下,循环1000次以后的电容保持率为43%。在1 A·g^-1下,由Ni-PAD和还原性氧化石墨烯(rGO)构筑的不对称超级电容器的能量密度和功率密度分别为28.13 Wh·kg^-1和0.76 kW·kg^-1。良好的超电容性能与Ni-PAD结构中含有氧化-还原活性的镍离子和配体,以及小尺寸的纳微米粒子有关。     

具有高效电化学储能的中空网状笼还原氧化石墨烯

通过ZnO模板辅助电沉积法制备了中空网状笼还原氧化石墨烯,具有纳米管、多孔结构、网状结构和3D微米中空笼等多层次架构. 这样的结构能够同时促进电化学活性物种的传输,提高电极材料的利用率,以及提升超级电容器性能. 该类中空网状笼还原氧化石墨烯做超级充电器电极材料时表现出了优良的电化学性能,研究结果显示,在1.0 A•g^-1时比电容达到393 F•g^-1. 而且当电流密度从1.0 A•g^-1增加到20 A•g^-1,电容仅衰减了21.2%,10000周循环后比电容损失小于1%,表明具有优异的电容稳定性.     

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.     

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%)。     

Au/L-Met/GC电极的H2O2电催化氧化

在无额外的添加剂和保护剂的情况下,以柠檬酸钠还原氯金酸制得链状金纳米粒子,使用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察样品. 层层自组装技术可将金纳米粒子自组装,并分别以L-甲硫氨酸（L-Methionine,L-Met）、硫脲（Thiourea,TU）、丙烯基硫脲（Allyl thiourea,ATU）和聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinylpyrrolidone,PVP）交联剂自组装于玻碳基底,即得金纳米粒子修饰电极. 以[Fe(CN)₆]^3-/4-氧化还原电对为探针,考察该修饰电极的电化学性质. Au/L-Met/GC电极有最佳电化学性能,循环伏安曲线和计时电流曲线测试表明,Au/L-Met/GC电极的H₂O₂电催化氧化有较高的灵敏度,线性范围2×10^-7 ~ 3×10^-3 mol·L^-1,检出限6.67×10^-8 mol·L^-1.     

α-Fe2O3/石墨烯水凝胶复合材料的自组装制备及电化学性能

采用水热法自组装合成超薄α-Fe₂O₃/还原氧化石墨烯水凝胶（3DGH）复合材料.复合材料的物性表征和电化学测试结果表明,α-Fe₂O₃/3DGH材料呈三维多孔结构,直径约100 nm的α-Fe₂O₃颗粒均匀生长在还原氧化石墨烯片层上;通过调节复合材料中Fe³⁺的负载量,可实现α-Fe₂O₃颗粒的可控生长,粒径为200~30 nm;作为超级电容器的电极材料,α-Fe₂O₃粒径为100 nm左右时,铁负载量为40%的α-Fe₂O₃/3DGH复合材料具有最大的比电容（750.8 F/g,1 A/g）和循环稳定性（在10 A/g电流密度下,充放电5000次后比电容保持率为81.9%）,高于纯α-Fe₂O₃材料的比电容（251.6 F/g,1 A/g）和循环稳定性（充放电5000次后比电容保持率为43.8%）.     

介孔碳/硫复合材料(CxSy)与室温钠硫电池

通过熔融扩散法合成了一系列不同含硫量的有序介孔碳（CMK-3）/硫复合材料（C_xS_y）. 采用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、比表面积测定仪（BET）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）分析、表征和观察样品. 将复合材料组装成钠硫电池,室温下测试电化学性能. 循环伏安（CV）曲线结果表明,室温钠硫电池在1.61 V处有一个还原峰,对应于Na₂S_x(x = 2 ~ 5)的形成;在1.82 V和1.95 V分别有一个氧化峰,对应于Na₂S_x(x = 2 ~ 5)的分解. 50 wt%硫含量（C₁S₁）电极0.05C（1C=558 mA·g^-1）倍率首周放电容量500 mAh·g^-1,50周期循环比容量为305.6 mAh·g^-1. 交流阻抗数据拟合计算其表观活化能为21.83 kJ·mol^-1. 本研究可为室温钠硫电池多孔电极材料的研究提供一定的指导作用.     

Ag+掺杂聚苯胺的制备及其电容特性研究

以苯胺为单体,采用界面聚合法合成了不同浓度的Ag⁺掺杂的聚苯胺(PANI/Ag⁺),使用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和场发射扫描电镜（SEM）等手段对其结构和形貌进行了分析和表征. 在0.5 mol•L^-1 Na₂SO₄电解液中,通过循环伏安（CV）、恒流充放电（CP）以及电化学阻抗（EIS）等技术研究了其电化学性能. 结果表明,当电流密度为5 mA•cm^-2时,PANI/0.12mol•L^-1 Ag⁺的比电容达529 F•g^-1,循环1000次后比电容保持51%,相对于无Ag⁺掺杂的PANI,表现出更优良的电化学电容特性.     

电化学双电层电容器电极材料——豌豆荚基活性炭的制备与表征

以豌豆荚为碳源、ZnCl₂或KOH为活化剂制备了活性炭, 并用作双电层电容器的电极材料. 采用比表面及孔隙度分析仪表征了豌豆荚基活性炭的孔结构. 通过KOH或ZnCl₂活化后, 活性炭比表面积从1.69 m²·g^-1增大到2237或621 m²·g^-1. 采用循环伏安法和恒流充放电测试技术表征了豌豆荚基活性炭的电化学特性. 结果表明: 在6 mol·L^-1 KOH溶液中经KOH活化处理的活性炭的质量比电容高达297.5 F·g^-1, 并具有良好的充放电稳定性, 在5 A·g^-1的高电流密度下循环充放电500次后, 质量比电容仅衰减8.6%.     

碳包覆纳米SnO2中空纤维的制备及电容性能

采用同轴静电纺丝法制备了碳包覆纳米SnO₂中空纤维超级电容器电极材料.利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和比表面积分析仪(BET)对材料进行表征.结果表明,纤维呈现中空形貌,平均直径为1 μm; SnO₂颗粒均匀分布于碳壳结构中,平均粒径为3-15 nm.材料的比表面积为565 m²·g^-1.在三电极体系中,当电流密度为0.25 A·g^-1时,电极材料的比容量达397.5 F·g^-1;在1.0A·g^-1电流密度下,充放电循环3000次后比容量仍保持为初始值的88%.在对称型双电极体系中,电流密度为0.25 A·g^-1时,电极材料的比容量达162.0 F·g^-1,在1.0 A·g^-1电流密度下,充放电循环3000次后比容量仍保持为初始值的84%.     

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).     

锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的合成及性能研究

本文通过乙酸锂与二氧化钛反应,采用一步高温固相法在不同反应温度（750 °C/800 °C/850 °C）和反应气氛（氮气/空气）下合成Li₄Ti₅O₁₂材料. 通过热重分析、X射线衍射、扫描电子显微镜、循环伏安曲线和充放电曲线分析了Li₄Ti₅O₁₂的晶体结构,观察其微观形貌,并测试其电化学性能. 结果表明,800 °C氮气烧结得到的Li₄Ti₅O₁₂（L-800N）材料粒径较小,该材料在1.0C倍率下的首周期放电比容量达到170.7 mAh·g^-1,100周期循环后的容量保持率高达94.6%,即使是10C高倍率其首周期放电容量依然有143.0 mAh·g^-1,表现出了良好的倍率和循环寿命性能.     

硫化镍/三维网络石墨烯复合材料制备及其在高性能超级电容器的应用研究

本文在泡沫镍上生长三维网络状结构的石墨烯（3DG）,以此为模板合成石墨烯复合电极并将其应用于超级电容器. 采用一步水热法在3DG上合成得到Ni₃S₂纳米棒结构（Ni₃S₂/3DG）. 通过TEM、XRD、SEM和拉曼光谱等手段表征对Ni₃S₂/3DG复合材料的形态与结构进行表征. 电化学测试表明,Ni₃S₂/3DG复合材料具有高的比电容（在扫速为5 mV·s^-1下,具有1825.3 F·g^-1的比容量）和放电电容（在电流密度10 mA下电容高达516.7 F·g^-1）. 此外,在电流密度20 mA下具有良好的循环性能（循环1000周后仍能保留约100%的初始电容）. 本工作为得到高能量密度和良好的长期稳定性的复合材料提供了参考.     

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.     

NaTiSi2O6/C复合材料用于锂离子电池负极材料

The development of human society and the continuously emerging environmental problems call for cleaner energy resources. Lithium-ion batteries, since their commercialization in the early 1990s, have been an important power source of mobile phones, laptops as well as other portable electronic devices. Their advantages include environment-friendliness, light weight, and no memory effect compared with lead-acid or nickel-cadmium batteries. Electrode materials play an important role in the performance of lithium-ion batteries. The traditional commercial anode material, graphite, has a theoretical specific capacity of 372 mAh·g^-1 and working potential close to 0 V (vs Li⁺/Li), making it prone to the formation of lithium dendrite, which may cause short circuit especially when large current is applied. Another commercial anode material Li₄Ti₅O₁₂, which also undergoes an intercalation reaction during lithiation process, has a theoretical specific capacity of 175 mAh·g^-1 along with three lithium-ion intercalations per formula unit. This is relatively small, and it has a relatively high working potential of 1.55 V (vs Li⁺/Li), which reduces its output voltage and specific energy when assembled in full battery. To overcome the shortcomings mentioned above, it is essential to search for new anode materials that are low-cost, environment-friendly, and easy to synthesize. Silicate materials have gained widespread attention owing to their low cost and facile synthesis. Herein, we report for the first time a novel titanosilicate, NaTiSi₂O₆, synthesized by sol-gel and solid sintering. It is isostructural to pyroxene jadeite NaAlSi₂O₆, belonging to monoclinic crystal system with a space group of C2/c. By in situ pyrolysis and carbonization of glucose, nanosized NaTiSi₂O₆ mixed with carbon was successfully obtained with a specific surface area of 132 m²·g^-1, calculated according to the Brunauer–Emmett–Teller formula. The specific charge/discharge capacity in the first cycle at current density of 0.1 A·g^-1 is 266.6 mAh·g^-1 and 542.9 mAh·g^-1, respectively, with an initial coulombic efficiency of 49.1%. After 100 cycles, it retains a specific charge capacity of 224.1 mAh·g^-1, corresponding to a capacity retention rate of 84.1%. The average working potential of NaTiSi₂O₆ is 1.2–1.3 V (vs Li⁺/Li), slightly lower than that of Li₄Ti₅O₁₂. The reaction mechanism while charging and discharging was determined by in situ X-ray diffraction test as well as selected area electron diffraction. The results showed that NaTiSi₂O₆ undergoes an intercalation reaction during lithiation process, with two lithium-ion intercalations per formula unit. This makes NaTiSi₂O₆ a new member of the silicate anode material family, and may provide insights into the development of new silicate electrode materials in the future.     

一种新型的碳复合钼掺杂的钒氧化物纳米线钠离子电池正极材料

近年来,由于锂资源逐渐紧缺而导致其成本增加,锂离子电池发展受到了限制. 作为一个有潜力的替代者,有着相似电化学机制且成本较低的钠离子电池则发展迅速. 但由于钠离子与锂离子相较有着更大半径,在钠离子脱嵌过程中,对大多数电极材料的晶体结构破坏严重. 因此,开发新型电极材料对钠离子电池的进一步发展尤为重要. 其中,层状钒氧化物作为正极材料被广泛研究. 在这项工作中,作者基于钒氧化物,引入钼元素并与碳复合,首次设计合成了一种新型的碳复合钼掺杂的钒氧化物纳米线电极材料,并获得了优良的电化学性能（在50 mA•g^-1的电流密度下,最高放电比容量达135.9 mAh•g^-1,并在循环75次后仍有82.6mAh•g^-1的可逆容量,容量保持率高达71.8%;在1000mA•g^-1的高电流密度下循环并回到50mA•g^-1后,可逆放电比容量仍能回复至111.5mAh•g^-1）. 本工作的研究结果证明,这种具有超大层间距的新型碳复合钼掺杂的钒氧化物纳米线是一种非常有潜力的储钠材料,并且我们的工作为钠离子电池的进一步发展提供了一定的理论基础.     

MnO2/H-TiO2纳米异质阵列的调控制备及超电容特性

采用目标调控的阳极氧化工艺制备了超大比表面、管与管相互分离的有序TiO₂纳米管阵列（TiO₂ NTAs）基体,进而分别采用电化学氢化法和循环浸渍沉积法对晶化退火后的TiO₂ NTAs实施电化学氢化和高比电容MnO₂沉积的双重功能化改性,调控构筑了一种新型MnO₂/H-TiO₂纳米异质阵列电极材料。利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、高分辨透射电子显微镜（TRTEM）、X射线衍射仪（XRD）、X光电子能谱仪（XPS）、拉曼光谱（Raman）和电化学工作站等对样品进行综合表征与超电容特性测试,结果表明：电化学氢化改性有效提高了H-TiO₂ NTAs的导电性和电化学特性,当电流密度为0.2 mA·cm^-2时H-TiO₂ NTAs的面积电容达到7.5 mF·cm^-2,是相同电流密度下TiO₂ NTAs的75倍;经过2个浸渍循环所获得的MnO₂/H-TiO₂ NTAs-2样品在电流密度为3 mA·mg^-1时比电容可达481.26 F·g^-1,电流密度为5 mA·mg^-1时循环充放电1000圈后比电容仅下降约11%。