石墨烯/聚吡咯纳米纤维超级电容器电极材料的制备及其电化学性能

超级电容器因其具有较高的循环稳定性和较好的能量密度而成为储能器件中的研究热点,其电极材料及制备方法是决定超级电容器电化学性能的关键因素。 本文以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)为软模板,通过一步原位聚合法成功地制备了石墨烯/聚吡咯纳米纤维(GR/PPy NF)复合超级电容器电极材料。 通过X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等对复合材料的结构和形态进行了系统的表征。 利用电化学方法对GR/PPy NF复合电极材料的电化学性能进行了系统的分析。 结果表明,在电流密度0.5 A/g下,纳米复合材料的比电容量高达969.5 F/g,在充放电600圈之后,仍可保留初始比电容的88%,展示了良好的电容性能及循环稳定性。 GR/PPy NF制备简单,性能优异,是一种很有前途的能量转换/存储材料。     

介孔碳修饰玻碳电极上葡萄糖氧化酶的直接电化学

使用简单的方法将葡萄糖氧化酶(GOD)固定在介孔碳(Mesoporous Carbon)修饰的玻碳电极(GCE)表面.循环伏安测试表明:修饰电极上的GOD在0.1mol/L磷酸缓冲溶液(PBS)(pH=7.1)中发生了准可逆的氧化还原反应,其克式量电位为-0.4294 V,并且该电化学反应包含有两电子两质子的传递.在氮气饱和的情况下,以羧基二茂铁作为电子传递中介体,GOD能将葡萄糖彻底催化氧化,可见介孔碳修饰电极上的GOD保持了其生物学活性.     

聚吡咯纳米阵列电极的光电化学

以多孔的铝阳极氧化膜(AAO)为模板制备了直径约为80 nm聚吡咯(PPy)纳米线的阵列电极, 并研究了它的光电化学响应. 结果表明, 在电极电位低于－0.1 V(vs Ag/AgCl)时出现的阴极光电流是由聚吡咯纳米线的p型半导体性质引起的, 其平带电位为－0.217 V. 聚吡咯纳米线的长度对光电流的影响较大, 最佳长度为42 nm. 这是因为在很短的聚吡咯纳米线阵列中PPy太少, 产生的光电流弱, 而在过长的聚吡咯纳米线阵列中光生电子在到达电极基底前易于与光生空穴复合而消失. 聚吡咯纳米线有可能作为纳米光电器件用于未来微器件系统.     

聚吡咯-分级多孔碳纳米复合材料的制备及其电化学性能

以空心介孔硅球为模板,酚醛树脂乙醇溶液为碳源制得了分级多孔碳(HPCs).以酸化处理后的HPCs为载体、对甲苯磺酸(p-TSA)为掺杂剂、三氯化铁(FeCl3)为氧化剂,通过原位化学氧化聚合法制备了聚吡咯-分级多孔碳(PPy-HPCs)纳米复合材料.采用场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FT IR)、恒流充放电、循环伏安以及交流阻抗等测试技术对复合材料进行了形貌结构和电化学性能的研究.结果表明:聚吡咯成功地包覆在HPCs的表面,随着聚吡咯含量的增加,复合材料的比容量呈现先增大后减小的趋势.当聚吡咯的质量含量为34.9％时,复合材料在电流密度为0.1 A/g时达到最大比容量(316 F/g),在1 A/g的电流密度下循环1 000次后,比容量保持率为95.8％,聚吡咯的引入有效地提高了HPCs电极材料的电化学性能.     

高功率超级电容器用介孔炭电极材料

以纳米CaCO3为模板、蔗糖为前躯体制备超级电容器用介孔炭电极材料.材料的结构由氮吸附、TEM表征,借助恒流充放电、循环伏安和交流阻抗评价了其在6 mol.L-1KOH电解液中的电化学电容性能.结果表明,蔗糖基介孔炭的比表面积606 m2/g,富含10~30 nm的介孔.恒流放电法测得介孔炭在电流密度50 mA/g下的比电容为125 F/g,大电流倍率性能特别突出.电流密度增大到20 000 mA/g,比电容还保持有88F/g,远高于进口电容炭,该介孔炭是一种很有前景的高功率超级电容器炭电极材料.     

聚吡咯葡萄糖氧化酶电极的生物电化学响应

采用分步骤合过程，制备了以聚吡咯膜为载体的葡萄糖氧化酶电极，探讨了其生物电化学响应特性，计算了酶催化反应的有关动力学参数。与溶解态酶相比，该电极表现出良好的生物电化学特征，而且酶蛋白对溶液温度的稳定性有显著提高。     

聚苯胺/介孔碳纳米线复合电极材料的制备和性能

以介孔碳纳米线为基体, 通过电化学方法制备了新型聚苯胺/介孔碳纳米线(PANI/MCFs)复合材料, 采用SEM和TEM等手段对样品的结构和形貌进行了表征. 结果表明, 聚苯胺均匀附在介孔碳纳米线表面, 并填充到纳米线介孔孔道中. 将复合材料组装成三电极体系超级电容器, 用循环伏安、 恒流充放电和交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行了测试. 结果显示, 在1 mol/L H₂SO₄溶液中, 复合材料的比电容达到391 F/g, 其循环稳定性也得到显著提高.     

介孔碳纳米纤维修饰电极用于黄酮类化合物芦丁的电化学测定

制备了新型的介孔碳纳米纤维修饰热解石墨电极(MCNF/PGE),并将其用于芦丁含量的测定。用循环伏安法、交流阻抗谱法、示差脉冲伏安法研究了该修饰电极膜性能及芦丁在该修饰电极上的电化学行为。结果表明,修饰电极可有效促进探针离子[Fe(CN)6]3-/4-在电极表面的电子传递;芦丁在该修饰电极表面的电化学过程受扩散控制。由于MCNFs大量的石墨边缘缺陷、大比表面积以及介孔结构,与裸电极相比,该修饰电极对芦丁呈现出很高的电催化活性,芦丁阳极峰电流约为裸电极上的18倍。在最佳实验条件下,芦丁的氧化峰电流(Ipa)与其浓度(c)在2.0×10-8～1.2×10-6mol/L范围内呈良好的线性关系,检出限(S/N=3)为5.0×10-9mol/L,线性系数r2=0.999。此外,计算了电荷转移系数(α)、标准速率常数(ks),并推测了芦丁的电化学氧化还原机理。该修饰电极易于制备、可再生,重复性及稳定性良好,可作为一种高灵敏度的电化学传感器应用于芦丁片剂中芦丁的含量测定。     

肝素钠掺杂球状聚吡咯的合成及其电化学电容

以生物制剂肝素钠为掺杂剂,由自组装方法合成出平均粒径为100 nm的球状聚吡咯(PPy),用作超级电容器电极材料.透射电镜(TEM)、循环伏安、恒流充放电和电化学交流阻抗测试表明,肝素钠掺杂聚吡咯呈现较好的形貌和电容性质,在电流密度3 mA/cm2下充放电,单电极比电容达到338 F/g.     

非对称混合电池/混合电容器*

非对称混合电池/混合电容器（asymmetric hybrid electrochemical cell/capacitor, AHEC）的发展源于电动汽车、电子存储设备、家用电气、航天航空设备等对高能量密度和高功率密度储能装置的需求。AHEC具有较长的循环寿命、较低的自放电性能和高于电池的功率密度、高于电容器的能量密度。本文对非对称电池/电容器的发展历史做了简短的介绍,重点讨论了研究现状和存在的问题,并对今后的发展方向进行了评述。     

Impedance DNA Biosensor Using Electropolymerized Polypyrrole/Multiwalled Carbon Nanotubes Modified Electrode

In this paper, we present an electrochemical impedance‐based DNA biosensor by using a composite material of polypyrrole (PPy) and multiwalled carbon nanotubes (MWNTs) to modify glassy carbon electrode (GCE). The polymer film was electropolymerized onto GCE by cyclic voltammetry (CV) in the presence of carboxylic groups ended MWNTs (MWNTs‐COOH). Such electrode modification method is new for DNA hybridization sensor. Amino group ended single‐stranded DNA (NH₂‐ssDNA) probe was linked onto the PPy/MWNTs‐COOH/GCE by using EDAC, a widely used water‐soluble carbodiimide for crosslinking amine and carboxylic acid group. The hybridization reaction of this ssDNA/PPy/MWNTs‐COOH/GCE resulted in a decreased impedance, which was attributed to the lower electronic transfer resistance of double‐stranded DNA than single‐stranded DNA. As the result of the PPy/MWNTs modification, the electrode obtained a good electronic transfer property and a large specific surface area. Consequently, the sensitivity and selectivity of this sensor for biosensing DNA hybridization were improved. Complementary DNA sequence as low as 5.0×10^?12 mol L^?1 can be detected without using hybridization marker or intercalator. Additionally, it was found that the electropolymerization scan rate was an important factor for DNA biosensor fabrication. It has been optimized at 20 mV s^?1.     

Chemically Modified Ordered Mesoporous Carbon/Polyaniline Composites for Electrochemical Capacitors

Chemically modified ordered mesoporous carbon CMK-3 materials were prepared by means of an easy wet-oxidative method in 2 mol/L nitric acid aqueous solution. A large amount of oxygen-containing functional groups were introduced onto the CMK-3 surface. Modified CMK-3(m-CMK-3) and aniline monomer were polymerized via an in situ chemical oxidative polymerization method. Morphological characterizations of m-CMK-3/PANI (polyaniline) composites were carried out via field emission scanning electron microscopy(SEM)...     

基于三维多孔活性炭构筑安全、高性能以及长循环寿命的锌离子混合电容器

可充电水系锌离子电池因成本低、环境友好等优点,已经成为目前电化学储能领域的研究热点之一。然而锌离子电池中高容量、长循环寿命的阴极材料的开发仍然是一大难题。为了解决这一问题,本文中通过直接利用锌片做阳极和集流体,采用高比表面积的三维多孔活性炭(3DAC)做阴极构筑了一种锌离子混合电容器(ZIHC)。该ZIHC器件表现出了优异的电化学性能,具有目前文献报道的ZIHC最高的213 mAh·g~(-1)比容量,展示出164Wh·kg~(-1)的高能量密度和9.3kW·kg~(-1)的高功率密度以及优异的循环稳定性(10 A·g~(-1)下循环20000圈之后,容量保持率为90%,库伦效率接近100%)。我们认为这种采用高比表、三维多孔活性炭(3DAC)做阴极构筑的安全、高性能以及长寿命的水系锌离子混合电容器将为下一代高性能储能器件的开发提供新的研究思路。     

聚苯胺在电化学电容器中的应用

The performance of a newly designed, polyaniline activated carbon, hybrid electrochemical capacitor was evaluated. The polyaniline was prepared by the chemical oxidation/polymerization process. The capacitor was assembled by using polyaniline as a positive electrode and an activated carbon as a negative electrode respectively. From a cyclic voltammograms test, a specific capacitance of 420 F/g was obtained for polyaniline electrode. The cycle life of the cell is proved to be more than 1000 times by the Galvanostatic charge and discharge test. Values for the specific energy and real specific power of 15.5 Wh/kg and 2.8 W/g, respectively, are demonstrated for a cell voltage between 0.0 and 1.4 V. The max specific power for the hybrid capacitor amounts to 20.4 W/g.     

氧化锰表面改性活性炭电极材料的电化学特性

用Mn(NO3)2溶液浸渍-高温热解法对普通活性炭进行表面改性处理以改善其电化学性能. 采用氮气吸附、SEM、XRD等方法研究改性活性炭的比表面积、孔结构、形貌和氧化锰的晶体结构; 用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学方法研究了改性活性炭电极构成的电化学电容器的性能. 结果表明, Mn(NO3)2热解产生的多价态氧化锰有法拉第赝电容效应, 尤其是立方晶形结构的α-Mn2O3, 与活性炭的双电层电容构成了复合电容, 因而改性炭材料的比电容有明显的提高, 其质量比电容达到254 F·g-1, 比未改性炭的165 F·g-1提高了54%. 改性炭电极电化学电容器具有优异的充放电可逆性和稳定性, 而且等效串联电阻较小, 只有0.40 Ω; 经2000次循环的长期测试, 容量保持率几乎达到100%.     

Electrochemical Introduction of Active Sites into Super-long Carbon Nanotubes for Enhanced Capacitance

Electrochemical cyclic voltammetric(CV)scan was applied to inducing the partial oxidation and defects of carbon nanotubes(CNTs).The electrochemically induced functional groups and physical defects were...     

A Novel Electrochemical Sensor for Detection of Baicalein in Human Serum Based on DUT‐9/Mesoporous Carbon Composite

DUT‐9/mesoporous carbon (DUT‐9/MC) nanocomposites were synthesized by in‐situ growth of nickel‐based metal‐organic frameworks (DUT‐9) on the MC for the first time. Compared with original DUT‐9 crystals, the presence of MC in the composites can avoid the agglomeration of DUT‐9 sheets, increase the specific surface area and reduce the electron transfer resistance. DUT‐9/MC shows enhanced electrocatalytic activity toward redox of baicalein compared with DTU‐9. The possible electrocatalytic redox mechanism of baicalein involves two electrons and two protons. Under the optimized conditions, the proposed sensor shows a wide linear relationship in the concentration range of 0.05‐20 μM (R²=0.993, sensitivity of 0.1188 μA/μM) with a low detection limit of 0.015 μM. It is worth noting that the oxidation overpotential of baicalein (0.107 V) is significantly lower than that of most literatures in pH 7.0. Meanwhile, the proposed sensor shows satisfactory results for the detection of baicalein in human serum samples. This research provides a highly efficient strategy for fabricating novel electrochemical sensor based two‐dimensional lamellar structure MOFs.     

聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶纳米复合材料的制备表征及其在超级电容器中的应用

通过化学氧化聚合法制备出不同比例的聚吡咯(PPY)/硝酸活化碳气凝胶(HCA)复合材料。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)表征材料的成分和形貌,结果表明,通过硝酸活化及与聚吡咯的复合,并未破坏碳气凝胶的多孔形貌,硝酸活化碳气凝胶及聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶都仍然保持着原碳气凝胶的三维纳米多孔结构。采用对照实验的方法,设计并合成五组不同配比的复合材料,聚吡咯与硝酸活化碳气凝胶的质量比例分别为3:1、2:1、1:1、1:2、1:3,通过循环伏安法,恒流充放电,交流阻抗及循环性测试等考察材料的电化学性能。结果证明,当聚吡咯与硝酸活化碳气凝胶比例为1:1时,复合材料显示出最优电化学性能:比电容高达336 F·g^-1,是纯碳气凝胶(103 F·g^-1)的三倍有余,除此还显示出卓越的导电性与循环稳定性, 2000次循环后仍保持初始电容的91%,具备优良的超级电容器电极材料性能。因此聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶复合纳米材料是超级电容器的理想电极材料。     

抗坏血酸在铂纳米粒子/碳纳米管/聚吡咯复合修饰电极上的电化学行为

研究了抗坏血酸在铂纳米粒子/碳纳米管/聚吡咯复合膜修饰电极上的电化学行为,发现复合修饰电极对抗坏血酸的电化学反应具有较好的电催化作用,与空白电极相比电化学氧化电流增加了7倍。用电化学阻抗谱研究了电子在修饰电极界面上的传输过程,发现修饰电极的电催化性能与修饰电极可以提高界面电子传输能力是相关的。同时研究了碳纳米管用量、支持电解质、扫速、电沉积条件等因素对抗坏血酸在修饰电极上电化学行为的影响。