简易合成MgCo2O4纳米线及其电化学性能研究

通过水热路径引入表面活性剂十二烷基磺酸钠在泡沫镍上成功合成出比表面积较大、超薄多孔的MgCo₂O₄纳米线。研究表明,MgCo₂O₄纳米线展示出紧密交织透明的网格状结构且在5 A/g的电流密度下,比电容高达2128 F/g。在40 A/g的情况下循环6000周次后,比电容保持了原始容量的98.4%。将该纳米线和活性炭分别作为正极和负极组装成非对称超级电容器,其比电容可达65.32 F/g且在功率密度为338.95 W/kg下能量密度可达20.41 Wh/kg。上述结果表明该非对称超级电容器是一个较好的储能装置,在实际应用中拥有良好的潜力。     

用于超级电容器的还原氧化石墨烯/NixMn1-x/2O2复合材料的电化学性能

MnO₂为有前景的超级电容器正极材料,具有较高的理论比电容及良好的循环稳定性,但电子电导性不佳限制了其应用。采用一步水热法制备了还原氧化石墨烯（RGO）/Ni_xMn_1-x/2O₂复合材料。通过XRD、SEM、TEM、FTIR、电化学分析等手段对制备的RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂物相组成、微观形貌和电化学性能进行了表征和分析。电化学测试结果表明：Ni元素的引入提高了MnO₂的电容性能,以水热法制备的MnO₂的比电容为66 F/g （扫描速度10 mV/s）,而Ni元素掺杂量x=0.02时,Ni_0.02Mn_0.99O₂比电容为111 F/g;材料中引入RGO后,RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂复合材料电容性能进一步提高,加入2wt%的RGO时,RGO/Ni_0.02Mn_0.99O₂的比电容为136 F/g。RGO的引入提高了活性材料的电子迁移速率,Ni元素的掺杂造成了MnO₂晶格中存在适量的点缺陷,提高了其导电性。以RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂为正极的超级电容器可同时具备双电层电容器和赝电容器的优点,以Ni掺杂MnO₂和RGO的负载协同提高了该复合材料电化学性能。     

Co3O4纳米线阵列@活性炭纤维复合材料的水热合成及电化学应用

以Co(NO₃)₂·6H₂O为钴源, NH₄F和尿素作为添加剂, 通过水热法在粘胶基活性炭纤维(ACF)的表面生长了Co₃O₄纳米线, 制备了Co₃O₄@ACF复合材料并进行了结构形貌表征及电化学性能测试。结果表明: 针状的Co₃O₄纳米线阵列均匀地垂直生长在活性炭纤维表面, 形成了丰富的介孔结构。通过改变Co(NO₃)₂·6H₂O的用量, 可以获得不同负载量的Co₃O₄@ACF复合材料。当Co₃O₄负载量为47wt%时, Co₃O₄@ACF复合材料在1 A/g电流密度下的比电容高达566.9 F/g, 几乎是纯Co₃O₄的2倍; 在15 A/g的电流密度下, 其比电容仍可达到393.3 F/g, 表现了较好的倍率特性; 经过5000次循环充放电后, 其比电容仍可保持84.2%, 展现了优良的循环稳定性。     

NiCo2S4@ACF异质电极材料的绿色制备及其超级电容性能研究

传统的NiCo₂S₄硫化过程需要高温加热, 耗能较大, 并且单纯的硫化物导电性差。本工作通过绿色环保的室温硫化法成功制备出以活性炭纤维(ACF)为核, NiCo₂S₄为壳的复合异质结电极材料(NiCo₂S₄@ACF)。NiCo₂S₄@ACF复合电极材料的层状结构, 有效增大了与电解液的接触面积, 改善了电子的传输路径, 使其具有更优良的电化学性能。当电流密度为1 A/g时, 其比电容值高达1541.6 F/g (678 μF/cm²)。另外, NiCo₂S₄@ACF和ACF分别作正负极组装成的非对称超级电容器(Asymmetric Supercapacitors, ASC)展现了良好的电化学性能: 能量密度高, 当功率密度为800 W/kg时, 能量密度高达49.38 Wh/kg; 循环性能稳定, 循环充放电2000圈后比电容仍能保持90.27%。研究表明, NiCo₂S₄@ACF复合电极材料是一种应用前景广阔的超级电容器电极材料。     

α-Fe2O3/炭纳米纤维电极材料的制备及其电化学性能分析

采用电沉积技术将α-Fe₂O₃均匀负载在静电纺丝炭纳米纤维上，制备α-Fe₂O₃/炭纳米纤维复合材料。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及物理吸附对复合材料进行形貌和结构分析，并通过恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗技术考察其作为超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明：α-Fe₂O₃/炭纳米纤维(α-Fe₂O₃/CNF-3)复合材料相比单纯炭纳米纤维(CNF)有着更丰富的介孔结构，有利于离子和电子的低电阻传输。同时，α-Fe₂O₃/CNF-3复合电极材料结合了双电层电容和赝电容的优良性能，在电流密度为1A/g下，电解液为6mol/L KOH时，其比电容值可达330.1F/g,是炭纳米纤维电极的3.76倍，并且经过8000次循环后仍能保持91.45%,具有较好的稳定性。     

Ni/Co3O4花状电极材料的合成及其电化学性能与第一性原理研究

通过水热法制备了一种单质镍掺杂Co₃O₄(Ni/Co₃O₄)的粉末，用伏安特性循环法研究了其电化学性能，同时根据第一性原理从原子尺度和电子结构的角度探究了Ni和Co₃O₄的掺杂机理。首先合成Ni/Co₃O₄粉末；其次对合成的材料结构及性能进行XRD和SEM表征分析，研究不同钴源及同一钴源不同钴镍比对制备的镍Ni/Co₃O₄形貌的影响；最后在不同缺陷和不同掺杂的影响下，建立准确的材料性能预测模型，揭示了修饰电极掺杂改性的微观机理。结果表明，不同钴源均制备出了花状形貌的Ni/Co₃O₄复合材料，电化学性能测试得到其比电容为670F/g;第一性原理计算所得掺杂机理，揭示了电化学修饰的Ni/Co₃O₄复合电极较大提高了材料的导电性能。     

核壳结构SrFe12O19NiFe2O4复合纳米粉体的吸波性能

以Fe(NO₃)₃、 Ni(NO₃)₂和Sr(NO₃)₂为主要原料, 通过两步柠檬酸盐溶胶-凝胶法, 制备出核-壳结构SrFe₁₂O₁₉-NiFe₂O₄磁性纳米复合粉体。采用XRD、 TEM、 VSM及矢量网络分析仪对合成的粉体的结构、 形貌及吸波性能进行了分析研究。结果表明, 复合粉体的相结构与NiFe₂O₄含量有关, 当SrFe₁₂O₁₉与NiFe₂O₄的质量比为1∶2、 烧结温度为1050℃时, 复合纳米粉体的相与NiFe₂O₄接近, 核-壳结构SrFe₁₂O₁₉-NiFe₂O₄纳米复合粉体的饱和磁化强度(M_s)(51.4 emu/g)比单体SrFe₁₂O₁₉纳米粉体 (42.6 emu/g)的大; 但矫顽力(H_c) (336 Oe)比单体SrFe₁₂O₁₉纳米粉体的小, 在SrFe₁₂O₁₉ 与NiFe₂O₄的矫顽力5395～160 Oe之间。在频率为8～18 GHz范围内, 微波吸收逐渐增强, 当频率为12 GHz时, SrFe₁₂O₁₉-NiFe₂O₄纳米复合粉体的微波吸收达到最大值-9.7 dB, 是一种性能优良的吸波材料。      

W18O49的制备及其电化学性能研究

缺陷型氧化钨(W₁₈O₄₉)是一种以纯态存在的非化学计量比的氧化物，以六氯化钨为钨源，甲醇、乙醇、异丙醇为溶剂，采用一步溶剂热法制备出不同形貌的W₁₈O₄₉。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线能量色散谱仪表征了W₁₈O₄₉的晶相结构、微观形貌及元素组成，并采用循环伏安法(CV)、恒电流充放电法(GCD)和交流阻抗法(EIS)分析了样品电化学性能。结果表明：使用不同溶剂制备的W₁₈O₄₉形貌差异较大，以乙醇作为溶剂制备的海胆状W₁₈O₄₉具有较大的比表面积(252.4m²/g)和良好的电化学性能。在电流密度为1A/g时比电容高达476.7F/g,高于甲醇、异丙醇作为溶剂制备的W₁₈O₄₉的比电容，且在完全润湿反应后当电流密度为2A/g时比电容为513F/g,可作为一种优异的电极材料。     

Bi@Bi4Ti3O12/TiO2等离子体复合纤维的制备及增强可见光催化性能

以电纺TiO₂纳米纤维为基质和反应物、乙二醇为还原剂,采用溶剂热法原位合成了新型Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂等离子体复合纤维。利用XRD、SEM、高倍透射电子显微镜（HRTEM）、XPS、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和光致发光图谱（PL）等分析测试手段研究了Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂复合纤维的结构和性能。结果表明:当反应温度低于210℃时,Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂复合纤维的Bi₄Ti₃O₁₂纳米片随反应温度升高逐渐缩小、增厚,且有金属Bi纳米粒子生成;当反应温度高于210℃时,Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂复合纤维的纳米片发生堆积、变形、表面金属Bi被氧化成Bi₂O₃。反应温度对Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂等离子体复合纤维的形貌和物相组成有重要影响;Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂复合纤维对罗丹明B表现出优异的光催化活性,可见光照5 h其降解率达97.8%。Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂复合纤维光催化性能提高归结于Bi₄Ti₃O₁₂与TiO₂间形成异质结、金属Bi等离子体共振效应及等离子体共振效应与异质结的协同作用。      

钒酸镍/生物质碳复合材料的制备及其作为超级电容器性能的研究

由于钒酸镍(Ni₃V₂O₈)中钒(V)和镍(Ni)元素存在多价态变化，具有化学活性高、理论比电容大，而受到广泛关注。以NH₄VO₃、H₂C₂O₄和Ni(CH₃COO)₂为试剂，蒲棒绒毛为原料，两步水热法制备了钒酸镍/生物质碳复合材料(Ni₃V₂O₈/BC)。结果表明：Ni₃V₂O₈/BC其在三电极体系下电流密度为1.0A/g时，具有较高的比电容为达到953F/g。因此，Ni₃V₂O₈/BC复合材料是作为高性能超级电容器的潜在材料。     

Feather-like NiCo2O4 self-assemble from porous nanowires as binder-free electrodes for low charge transfer resistance

The unique feather-like arrays composing of ultrathin secondary nanowires are fabricated on nickel foam (NF) through a facile hydrothermal strategy. Thus, the enhancement of electrochemical properties especially the low charge transfer resistance strongly depends on more active sites and porosity of the morphology. Benefiting from the unique structure, the optimized NiCo₂O₄ electrode delivers a significantly lower charge transfer resistance of 0.32 Ω and a high specific capacitance of 450 F·g⁻¹ at 0.5 A·g⁻¹, as well as a superior cycling stability of 139.6% capacitance retention. The improvement of the electrochemical energy storage property proves the potential of the fabrication of various binary metal oxide electrodes for applications in the electrochemical energy field.     

Characterization and microstructural evolution of SiC(OAl) fibers to SiC(Al) fibers derived from aluminum-containing polycarbosilane

The SiC(OAl) fibers and the SiC(Al) fibers were fabricated by the use of aluminum-containing polycarbosilane (Al–PCS) precursor. The two types of fibers have been characterized. Chemical element analysis, AES, SEM, XRD, RMS and NMR have been employed. The chemical formula of SiC(OAl) fibers is SiC_1.31O_0.25Al_0.018 with C and O rich on the surface. The microstructure of SiC(OAl) fibers is a mixture of β-SiC nanocrystals, free carbon, and an amorphous silicon oxycarbide (Si–C–O phase), which have been confirmed by an amount of SiC₂O₂, SiCO₃, SiO₄ and SiC₃O units in the ²⁹Si MAS NMR spectrum. A small quantity of aluminum is embedded uniformly in the Si–C–O amorphous continuous phase. For SiC(Al) fibers, nearly stoichiometric composition was confirmed as chemical composition of SiC_1.03O_0.013Al_0.024. The fiber is composed of a large number of β-SiC crystallites, a small amount of -SiC crystalline and SiC amorphous phase. The aluminum in the SiC(Al) fibers mainly exists in two manners: Al–C bonds connected with the surfaces of the β-SiC grains and Al–O bonds, or Al₂O₃, to the amorphous phase.     

M3O4(M=FeCoCrMnMg)高熵氧化物粉体的简易制备及超电容性能研究

高熵氧化物以其独特的结构和潜在的应用前景引起了越来越多的关注。本工作采用简单易行的固相反应法制备了M₃O₄(M=FeCoCrMnMg)高熵氧化物粉体, 采用不同手段对粉体进行表征, 并采用涂覆法制备了 M₃O₄/泡沫镍(M₃O₄/NF)复合电极, 研究其超电容性能。结果表明, 随着煅烧温度升高, Fe₂O₃(H)/Co₃O₄(S)/Cr₂O₃(E)和Mn₂O₃(B)相继固溶进入尖晶石主晶相晶格; 在900 ℃煅烧2 h所得M₃O₄粉体的平均粒径为0.69 μm, 具有单一尖晶石结构(面心立方, Fd-3m, a=0.8376 nm), 且Fe、Co、Cr、Mn和Mg五种元素在晶粒内均匀分布, 呈典型的高熵氧化物特征。此外, M₃O₄/NF复合电极在1 mol/L KOH的电解液中, 当电流密度为1 A·g^-1时, 其质量比电容达到193.7 F·g^-1, 可见M₃O₄高熵氧化物在超级电容器电极材料领域具有良好的应用前景。     

表面活性剂对NiCo2S4纳米薄膜的电化学性能影响的研究

通过水热法在泡沫镍上成功制备了纳米结构的NiCo₂S₄薄膜, 主要包括前驱体制备及硫化过程。研究表明, 制备过程中添加不同种类的表面活性剂会对NiCo₂S₄薄膜的形貌、结构和电化学性能产生影响。添加表面活性剂后, NiCo₂S₄会自组装逐渐形成三维纳米片网状结构。在所有的NiCo₂S₄薄膜中, 添加SDS表面活性剂的薄膜表现出最高的比电容(在0.5 A/g电流密度下达到2893 F/g)、出色的倍率特性(在10 A/g电流密度下达到1890.6 F/g)和良好的循环稳定性(1000次循环后保持率为96.1%)。研究结果表明纳米网状的NiCo₂S₄是一种极具潜力的超级电容器电极材料。     

棒状多孔NiCo2O4粉末的可控制备及其电催化性能研究

以NiCl₂·6H₂O, CoCl₂·6H₂O和草酸为原料, 利用氨水为配位剂和溶液pH调节剂, 通过配位共沉淀-热分解法制备了棒状多孔NiCo₂O₄粉末, 采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜以及比表面积仪对前驱体和NiCo₂O₄粉末的形貌和结构进行了表征, 考察了溶液pH对前驱体粉末形貌和分散性的影响; 采用循环伏安法和计时电流法研究了乙醇在棒状多孔NiCo₂O₄粉末修饰的玻碳电极上的电催化性能。结果表明: 前驱体的形貌与溶液的pH有关, 热分解得到的NiCo₂O₄粉末继承了前驱体形貌, 呈多孔棒状, 比表面积为89 m²/g, 平均孔径为12.56 nm。该粉末对乙醇具有良好的电催化活性, 氧化峰电流与乙醇浓度、扫速的平方根均呈直线关系, 表明棒状多孔NiCo₂O₄粉末对乙醇的催化反应机理为扩散控制。     

CuFe2O4/纳米纤维素磁性复合材料的制备及催化性能

采用简单易行的一锅溶剂热法原位合成CuFe₂O₄/纳米纤维素（CuFe₂O₄/CNC）磁性复合材料,并研究CuFe₂O₄/CMC磁性复合材料催化剂在NaBH₄作用下催化还原4-硝基酚（4-NP）性能。结果表明:所制备的CuFe₂O₄/CNC磁性复合材料为单一尖晶石结构,具有超顺磁性,纳米颗粒尺寸约为10 nm,其饱和磁化强度为33.15 emu·g-1。与CuFe₂O₄纳米颗粒相比,CuFe₂O₄/CNC磁性复合材料的比表面积提高到89.9 m2·g-1（CuFe₂O₄纳米颗粒的比表面积为53.9 m2·g-1）。CNC有助于改善CuFe₂O₄的单分散性,且对4-NP的吸附作用能加快反应的传质速率。将CuFe₂O₄/CNC磁性复合材料用于催化还原4-NP,反应符合一级动力学特征;当CNC的添加量为0.2 g时,可以将4-NP（100 μL,0.005 mol·L-1）溶液在25 s催化还原完全,表现出优异的反应活性。催化剂循环使用5次后,对4-NP的转化率仍能保持90%以上。      

核壳结构SiC/SiO2纳米线的低温合成与表征

以酚醛树脂(PF)作为碳源, 纳米SiO₂为硅源, 在1300℃氩气气氛下通过碳热还原反应, 制备出具有核壳结构的SiC/SiO₂纳米线。采用X射线分析衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、拉曼光谱(Raman)对产物的组成、形貌、微观结构等进行了表征。结果表明; SiC/SiO₂纳米线长可达数毫米, 单根SiC/SiO₂纳米线由直径30 nm的β-SiC晶体为内核和厚度约12 nm的无定形SiO₂壳层组成; 室温下SiC/SiO₂纳米线的PL发光峰与β-SiC单晶的发光特征峰相比有蓝移。最后, 讨论了核壳结构SiC/SiO₂纳米线的生成机制。