超级电容器石墨烯-聚苯胺复合材料的研究进展

超级电容器具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长和维护成本低的特点,在电动车动力电池领域具有潜在的应用前景。超级电容器性能主要由其电极材料所决定。聚苯胺易合成、理论比容量高,而且导电性能优异,作为超级电容器电极材料有很高的应用价值。但是,在长期使用过程中,它的体积容易发生膨胀或收缩,循环寿命差。为了解决这个问题,将聚苯胺与石墨烯复合可以扬长避短,充分利用两者之间的协同效应,赋予复合材料优异电化学电容性能。本文综述了超级电容器用石墨烯-聚苯胺复合材料的制备方法,包括原位聚合法、油水界面合成法、电化学合成法、层层自组装法等;提出了三维网状石墨烯和对石墨烯-聚苯胺复合材料进行改性来提高复合材料的电化学电容性能的思路。     

超级电容器用无定形水合二氧化钌材料及Nafion作粘接剂的电极制备研究

本文采用改性的中和反应和随后的热处理方法制备了较大产量的超级电容器用无定形水合二氧化钌材料(RuO2.0.93H2O),同时,制作了电极进行了电化学性能表征。实验中,以自制的喷雾装置和十二烷基磺酸钠(SDS)分别作为反应辅助技术和表面分散剂。经175℃处理前驱体后,实验获得了比表面积为223m2/g、蓬松状、深黑色无定形水合二氧化钌材料。研究了以Nafion为粘结剂和以碳纤维纸为集流体所制备电极的电化学性能。循环伏安实验(CV)结果表明,该合成材料具有较好的比电容(988F/g at 1mV/s)和倍率特性     

聚吡咯纳米线凝胶的模板制备及储能与电化学传感性能

以配位聚合物凝胶为模板, 构筑均一的聚吡咯纳米线网络, 聚合后经简单处理除去模板, 得到性能优异的聚吡咯凝胶. 结果表明, 模板法合成的聚吡咯凝胶为由均一纳米线组成的三维网络结构, 具有良好的力学性能、 较大的比表面积及优异的电化学特性, 在0.28 A/g电流密度下, 比电容可达450 F/g, 在2.8 A/g电流密度下充放电1000次, 比电容仍可保持88.6%. 聚吡咯纳米线网络凝胶经葡萄糖氧化酶负载后得到柔性传感电极, 对低浓度(0.2 mmol/L)的葡萄糖具有快速响应性能, 有望用于超级电容器及生物电化学传感器等领域.     

顺铂前药接枝修饰硫代DNA及其自组装靶向纳米药物研究

选用具有良好生物相容性的硫代修饰嵌段核酸为载体,将其非硫代修饰部分设计为靶向MUC-1蛋白的核酸适配体序列,同时在其硫代修饰部分通过硫代磷酸酯基团（Phosphorothioate,PS）接枝修饰四价顺铂前药,制备了两亲性核酸-顺铂前药缀合物MUC-1/^PODNA-b-（^PSDNA-g-Pt）,并进一步自组装成类似球形核酸（Spherical nucleic acid,SNA）的含铂靶向纳米药物（MUC-1/Pt-SNAs）.结果表明,该纳米药物递送体系载药率高、形貌稳定、分散性好,能够高效靶向MUC-1蛋白过表达的MCF-7乳腺癌细胞,并在体内外实验中表现出优异的抗肿瘤效果和极低的毒副作用.     

炭-/石墨烯量子点在超级电容器中的应用

炭-/石墨烯量子点作为新兴的炭纳米材料,因具有独特的小尺寸效应和丰富的边缘活性位点而在高性能超级电容器电极材料的研发方面展现出巨大潜力。针对目前炭-/石墨烯量子点在超级电容器电极材料方面的应用优势和存在的关键问题,本文以炭-/石墨烯量子点、量子点/导电炭复合材料、量子点/金属氧化物复合材料、量子点/导电聚合物复合材料以及量子点衍生炭这些电极材料为脉络,梳理了近年来该领域的发展状况,尝试阐释炭-/石墨烯量子点在电极材料、复合材料和衍生炭电极材料中所起到的关键作用,最后对炭-/石墨烯量子点电极材料的发展进行了展望。本综述以期为炭-/石墨烯量子点基电极材料的研究提供一定参考和依据。     

二维纳米片层孔洞化策略及组装材料在超级电容器中的应用

功率密度高、倍率性能优异和循环性能好等特性使得超级电容器在储能领域显示了巨大的应用前景。尽管二维层状材料剥离形成的纳米片层不仅可为电化学反应提供独特的纳米级反应空间,而且由其组装的层状纳米电极材料具有化学和结构上的氧化还原可逆性及纳米片层水平方向上离子或电子快速传输通道。但是,纳米片层组装电极材料在纳米片层垂直方向上离子或电子传输存在障碍,对于超级电容器功率密度和能量密度的提高及实现快速能量储存非常不利。因此,如何通过改善离子或电子的快速传输,实现超级电容器大功率密度下的高能量密度是超级电容器电极材料发展的方向之一。本文主要综述了二维层状材料剥离成纳米片层,纳米片层孔洞化策略及组装孔洞化材料在超级电容器电极材料中的应用。纳米层孔洞化技术是改善层状电极材料在纳米片层垂直方向离子或电子传输的有效手段,为实现高比电容下的高倍率性能超级电容器电极材料制备提供了方法学。最后,对开发大功率密度下的高能量密度超级电容器电极材料提出了展望。     

分级纳米材料的结构、制备及其应用

纳米材料因其独特的表面效应、体积效应和量子效应等特点,在化工、生物工程、医学和能源等领域有着广阔的应用。 由简单的低维纳米结构作为主要的构建单元并按照特定的排列方式组装成规整有序的三维结构,即分级纳米结构,已经开展了许多的研究。 本文综述了分级纳米结构的制备方法和微观结构,及其在污水处理、超级电容器、太阳能电池以及光催化等领域的应用。     

香菇生物质基氮掺杂微孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用

采用简易浸泡法和一步碳化/活化法制备香菇生物质基氮掺杂微孔碳材料(NMCs),利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构形貌进行表征,并研究了其超级电容特性。测试结果表明,NMCs的微孔比表面积高达1 594 m~2·g~(-1),且拥有更高数量的含氮官能团,其吡啶型含氮官能团比例也有所提高,展现出优异的超级电容特性。在0.5 A·g~(-1)的电流密度下,其比容量高达325 F·g~(-1),当电流密度上升到20 A·g~(-1)时,其比电容仍然高达180 F·g~(-1),表现出优异的倍率性能;同时,在5 A·g~(-1)的电流密度下,电极经历5 000次充放电循环后具有97.7%的比容量保持率,展现出优异的循环稳定性。这主要归因于NMCs超高的微孔比表面积和丰富的含氮官能团。     

对苯二胺缩对苯二甲醛席夫碱及其配合物的制备和电化学性能

以对苯二胺和对苯二甲醛为原料缩合制备出对苯二胺缩对苯二甲醛席夫碱聚合物（PT）,研究了采用不同物质的量之比的单体所制备的聚合物的电化学性能。利用席夫碱聚合物中N原子上的孤对电子与不同金属离子配位形成席夫碱配位聚合物（PT-M）,并对所形成聚合物的电化学性能进行了研究。采用X射线衍射（XRD）、红外（IR）、热重-差示扫描量热法（TG-DSC）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱（EDS）对产物进行了表征,PT-M的XRD峰强度相比于PT明显降低,表明金属离子配位进入分子链骨架中引起的空间位阻减少了分子链排列的有序性。采用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗评价了所制备的配位聚合物材料的电化学性能。研究发现,聚席夫碱铝配合物（PT-Al）表现出较优的电化学性能,在0.5 A·g^-1的电流密度下其电容值为649.6 F·g^-1,并且具有较好的循环稳定性,在8 A·g^-1的电流密度下循环1 000次后仍有80.9%的电容保持率。     

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。