低氧掺杂纳米石墨片的制备及其电化学性能

采用一种新颖的物理方法——磁力研磨法制备石墨片纳米材料,该方法能够高效的将初始鳞片石墨剥离破碎至纳米级别。研究发现,制备得到的纳米石墨片(Graphite nanosheet)具有一定的含氧官能团,并且随研磨时间增加,其比表面积可增加至804 m²·g^-1。电化学性能测试结果表明,在0.1 A·g^-1的电流密度下,最大比电容量可达到266.8 F·g^-1,体现出了良好的电化学性能。     

氧化钌/石墨纳米片复合阵列电极的制备及其电容性能

通过电化学剥离法在石墨棒表面构筑了层数不等、彼此平行且垂直于基底的二维石墨纳米片(GNS)阵列, 而后采用阴极还原电沉积法在GNSs 表面均匀地包覆了一层氧化钌(RuO₂·xH₂O)薄膜, 形成了RuO₂·xH₂O/GNS 复合阵列电极. 电化学测试表明, RuO₂·xH₂O/GNS 复合阵列电极具有优良的超电容性能, 在0.5mol·L^-1 H₂SO₄电解质溶液中, 扫描速率为5 mV·s^-1, 电位窗口为0.9 V时, 其比电容高达4226 F·m^-2, 并且具有优异的循环性能, 经过20000圈充放电循环后, 电容保持率高达94.18%.     

胺基改性磁性纳米石墨片复合材料的制备与表征

以纳米石墨片(GNS)为载体,FeCl_3·6H_2O为前驱体,乙二胺为改性剂和还原剂,乙二醇为表面活性剂和还原剂,无水乙酸钠为稳定剂,通过溶剂热法一步制备了胺基改性磁性GNS(NH_2-GNS/Fe_3O_4)纳米复合材料.利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和振动样品磁强计(VSM)对样品进行了表征,并研究了其对水溶液中Ag(Ⅰ)的吸附性能.结果表明,NH_2-GNS/Fe_3O_4纳米复合材料的磁性能可以满足固液相分离的要求.NH_2-GNS/Fe_3O_4纳米复合材料对Ag(Ⅰ)具有吸附性能,且在对Ag(Ⅰ)的吸附过程中将Ag(Ⅰ)还原为单质银,该吸附过程为发生在均质表面的单层吸附.     

聚苯胺纳米纤维修饰石墨箔电极的制备及电化学性能

以石墨箔(GF)为工作电极, 采用循环伏安法(CV), 通过电化学聚合, 制备了聚苯胺(PANI)纳米纤维修饰GF电极(Nano-PANI/GF). 利用红外光谱(FTIR)研究了Nano-PANI/GF修饰电极上聚合物的组成, 利用扫描电镜(SEM)观测了Nano-PANI/GF修饰电极的表面形貌. 利用循环伏安法研究了Nano-PANI/GF修饰电极在0.1 mol/L磷酸盐缓冲溶液(pH=6.9)中的电化学活性, 发现Nano-PANI/GF修饰电极在中性溶液中有良好的电化学活性. Nano-PANI/GF修饰电极对抗坏血酸(AA)电化学氧化的催化作用结果表明, 在0.2 V(vs. SCE)电位下, 在浓度范围1.7~2.0×10³ μmol/L内, 抗坏血酸的氧化电流与浓度呈良好线性关系, 线性方程式为y=0.00013x+0.0031. 修饰电极对抗坏血酸的最低检测限为1.7 μmol/L(S/N=3).     

水热法制备Bi2O3纳米片及其电化学性能的研究

以Bi(NO₃)₃和氨水为原料、水溶性淀粉为分散剂, 采用水热法制备了Bi₂O₃纳米片, 用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微技术(SEM)和氮气吸附-脱附等对材料进行了表征. 结果表明Bi₂O₃纳米片厚度分布比较窄, 比表面积达到9.26 m²/g. 同时, 采用循环伏安法和充放电仪测试了Bi₂O₃纳米片的电化学性能, 结果显示其具有一定的电化学活性.     

膨胀石墨负载纳米Pt催化剂的制备及其电催化性能

以天然鳞片石墨为基材,采用高氯酸插层氧化制备了膨胀石墨(EG),利用乙二醇液相还原法在其表面负载了Pt纳米颗粒;采用XRD、TEM、SEM及循环伏安曲线(CV)等手段对其形貌、结构及对甲醇的电催化性能进行了表征研究.结果 表明,Pt纳米颗粒的平均粒径为2.56 nm,均匀地分布在膨胀石墨载体表面,而片状结构的膨胀石墨载...     

金纳米棒/石墨相氮化碳复合薄膜的制备及其光电化学性能

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为一种新型的非金属有机半导体材料在光催化领域受到了人们的广泛关注。 为进一步改善它的光电化学性能,本文利用种子生长法和一锅法相结合制备了Au纳米棒/g-C₃N₄复合材料。 结果表明,金纳米棒降低了载流子的复合率,使复合材料表现出了较好的光电化学性能。 该材料光电流密度可达到17.18 μA/cm²(相对于可逆氢电极),是纯的石墨相氮化碳材料的2.5倍。     

纳米石墨薄片/聚吡咯复合材料的制备及导电性能

膨胀石墨经过超声处理制备了纳米石墨薄片。以其为导电填料，对甲苯磺酸为掺杂剂，FeCl₃·6H₂O为氧化剂，引发吡咯单体发生原位聚合，制备出纳米石墨薄片/聚吡咯(NanoGs/PPy)复合材料。利用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)表征了材料的组成和结构。结果表明，石墨薄片被聚吡咯完全包覆；并且以纳米级尺寸分散在聚吡咯基体中。热失重(TG)分析和电导率测试结果表明，复合材料的耐热性能和导电性能较纯聚吡咯有所提高。     

生物质纳米碳膜的制备及其电化学性能

将衰老叶片用H₂SO₄进行水热氧化得到氧化水合碳前驱体,前驱体经烘干研磨在KOH存在下进行碳化得到生物质纳米碳膜(LS-OCM),通过FT-IR,XRD、TEM、SEM、AFM、XPS及N₂吸附-脱附等测试手段对其材料组成和微观形貌进行表征。TEM、SEM及N₂吸附-脱附分析显示,制得生物质纳米碳膜材料(LS-OCM)既保留叶片原有的叶脉结构又形成丰富多级的孔道结构,比表面积约为450.7 m²/g,孔径分布较窄,平均孔径为3.8 nm; AFM分析显示,LS-OCM类似二维纳米膜,片层平均厚度在1.6 nm左右;XPS及XRD分析表明,该材料中C主要以C=C形似存在,为类石墨烯碳膜。电化学性能分析表明,在电流密度为0.25 A/g下,LS-OCM比电容为262.58 F/g,循环100圈,比电容仍然可达150.8 F/g,表明材料具有良好的稳定性。     

多孔SiC纳米片的原位合成及光催化性能

以可膨胀石墨作为原材料,通过高温膨化和机械砂磨得到石墨薄片,再以石墨薄片作为模板合成了不同比表面积的碳化硅纳米片(SiCNSs)。探究了比表面积对SiCNSs光催化制氢性能的影响。结果表明,SiCNSs的比表面积对其产氢性能影响显著,提高光催化剂的比表面积有利于增强其产氢活性。SiCNSs的最大比表面积可达149 m²·g^-1,其光解水产氢速率为51.0μL·g^-1·h^-1。在对石墨薄片和SiCNSs结构、形貌分析的基础上,提出了以石墨薄片为模板原位生成SiCNSs的形成机理,该过程主要遵循气固反应机制。高温下,气态的SiO和Si与石墨薄片反应生成SiCNSs,产物较好地继承了石墨薄片的片状结构。大尺寸石墨片上未反应部分除碳之后留下了大量纳米尺寸穿孔,使得所生成SiC的比表面积反而比小尺寸石墨片产物的高。     

One-Step Synthesis of NiFe Layered Double Hydroxide Nanosheet Array/N-Doped Graphite Foam Electrodes for Oxygen Evolution Reactions

Developing cost-effective and highly efficient oxygen evolution reaction (OER) electrocatalysts is vital for the production of clean hydrogen by electrocatalytic water splitting. Here, three dimensional nickel-iron layered double hydroxide (NiFe LDH) nanosheet arrays are in-situ fabricated on self-supporting nitrogen doped graphited foam (NGF) via a one-step hydrothermal process under an optimized amount of urea. The as prepared NiFe LDH/NGF electrode exhibits a remarkable activity toward OER with a low onset overpotential of 233 mV and a Tafel slope of 59.4 mV dec⁻¹ as well as a long-term durability. Such good performance is attributed to the synergy among the doping effect, the binder-free characteristic, and the architecture of the nanosheet array.     

红磷/石墨复合材料的制备及电化学性能

研究了一种先通过机械球磨和水热法制得的亚微米红磷,再通过球磨亚微米红磷与石墨得到的块状亚微米红磷/石墨复合材料(smRP/G),并利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)、循环伏安法(CV)等手段其进行了表征。 相对比普通红磷,亚微米红磷更容易通过球磨与石墨复合,能有效提升石墨材料的储锂容量。 为红磷在锂离子电池负极材料上的应用提供了一种思路。 在少量添加红磷的条件下,当红磷质量分数为3%时smRP/G表现最佳(3%smRP/G)。 在100 mA/g电流密度下展示出了1417 mA·h/g的首次放电容量,首次库伦效率67.4%。 并在循环200圈后依然保持着700 mA·h/g的可逆循环容量。     

SnO_2/石墨纳米片复合电极及其在超级电容器中的应用

在电场的作用下对石墨棒进行电化学剥离,使其表面形成相互平行排列,且垂直于石墨棒基底的二维(2D)石墨纳米片阵列(GNSA).然后通过阴极还原电沉积法制备Sn O2/石墨纳米片阵列(Sn O2/GNSA)复合电极.采用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外(FT-IR)光谱对其形貌和结构进行了表征.电化学测试表明该复合电极具有优异的超电容性能,在0.5 mol·L-1Li NO3电解质中,扫描速率为5 m V·s-1,电位窗口为1.4 V时,比电容达4015 F·m-2.由Sn O2/GNSA复合电极和相同电解质组装成的对称型超级电容器,在扫描速率为5 m V·s-1时,其电位窗口可增至1.8 V,能量密度达到0.41 Wh·m-2,循环5000圈后其比电容仍保持为初始比电容的81%.     

过渡金属氧化物修饰石墨毡阴极及电催化氧化性能测试

采用H2O2化学预处理石墨毡,并将过渡金属氧化物Ce O2负载到石墨毡上,制备出复合石墨毡阴极材料。研究结果表明H2O2处理可增加石墨毡的含氧官能团,改善表面亲水性,进而提高Ce O2的负载量,XRD分析表明石墨毡表面负载的Ce O2为萤石结构。电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安曲线(CV)分析表明修饰后的石墨毡电荷传输阻力变小,氧化还原电流强度显著增强,活性表面积增大8倍,线性扫描(LSV)实验表明改性石墨毡在氧还原过程中具有较大的电流密度,是未改性前的8.5倍。采用改性石墨毡作为阴极,进行电芬顿催化降解甲基橙测试,20 min脱色率达到96.8%,与未改性石墨毡相比,去除率提高133.2%,显著提高了其电催化氧化性能。     

过渡金属氧化物修饰石墨毡阴极及电催化氧化性能测试

采用H₂O₂化学预处理石墨毡,并将过渡金属氧化物CeO₂负载到石墨毡上,制备出复合石墨毡阴极材料。研究结果表明H₂O₂处理可增加石墨毡的含氧官能团,改善表面亲水性,进而提高CeO₂的负载量,XRD分析表明石墨毡表面负载的CeO₂为萤石结构。电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安曲线(CV)分析表明修饰后的石墨毡电荷传输阻力变小,氧化还原电流强度显著增强,活性表面积增大8倍,线性扫描(LSV)实验表明改性石墨毡在氧还原过程中具有较大的电流密度,是未改性前的8.5倍。采用改性石墨毡作为阴极,进行电芬顿催化降解甲基橙测试,20 min脱色率达到96.8%,与未改性石墨毡相比,去除率提高133.2%,显著提高了其电催化氧化性能。     

氧化石墨的制备及其有机化处理

Graphite oxide(GO) was successfully prepared by using expandable graphite， which is a new starting material instead of the normally adopted natural graphite. XRD and XPS data indicated that， in the same reaction condition due to the application of expandable graphite， the extent of oxidation for the product， GO， was considerably en-hanced and the period required for oxidation was greatly shortened. In addition， the prepared GO was modified by surfactant， that is the new sample， S-GO， was obtained. As a consequence the extended interlayer space has proved itself to be successfully intercalated by the surfactant.     

Electrochemical Exfoliation of Graphite to Graphene-Based Nanomaterials

Here, we report on a new automated electrochemical process for the production of graphene oxide (GO) from graphite though electrochemical exfoliation. The effects of the electrolyte and applied voltage were investigated and optimized. The morphology, structure and composition of the electrochemically exfoliated GO (EGO) were probed by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), FTIR spectroscopy and Raman spectroscopy. Important metrics such as the oxygen content (25.3 at.%), defect density (I_D/I_G = 0.85) and number of layers of the formed EGO were determined. The EGO was also compared with the GO prepared using the traditional chemical method, demonstrating the effectiveness of the automated electrochemical process. The electrochemical properties of the EGO, CGO and other carbon-based materials were further investigated and compared. The automated electrochemical exfoliation of natural graphite powder demonstrated in the present study does not require any binders; it is facile, cost-effective and easy to scale up for a large-scale production of graphene-based nanomaterials for various applications.