硫源对双壳层NiCo2S4超级电容性能影响

通过自模板法,选用硫代乙酰胺（TAA）、硫脲（TU）分别作硫源制备双壳层NiCo₂S₄纳米材料。其中以TAA为硫源制备的NiCo₂S₄表现出高的比电容（2064F/g,当电流密度为0.5A/g时）,优异的倍率性能（1291F/g,当电流密度为20A/g时）和较好循环稳定性。由动力学机制分析可知,NiCo₂S₄-TAA表面控制电容和扩散控制电容较NiCo₂S₄-TU均有提升。通过实验分析可知,TAA作为硫源合成的NiCo₂S₄是由较小的次级颗粒聚集而成,这有利于电化学过程中电解质离子的扩散。由于较好的导电性能和离子扩散速率,NiCo₂S₄-TAA表现出优异的电化学性能。上述结果表明,在本实验条件下,TAA是制备NiCo₂S₄电容器电极材料的最佳硫源。     

介孔CoMn2O4/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其超级电容性能

采用共沉淀法制备了CoMn₂O₄/还原氧化石墨烯(CoMn₂O₄/rGO)复合电极材料,并研究了石墨烯含量对CoMn₂O₄/rGO复合材料形貌、微观结构及电化学性能的影响。结果表明:CoMn₂O₄纳米颗粒沉积在石墨烯纳米片的表面,随着石墨烯含量的增加,CoMn₂O₄纳米颗粒在r GO表面的分布逐渐均匀,聚集现象消失。CoMn₂O₄/rGO具有高的比表面积及优良的电化学性能,其中CoMn₂O₄/rGO20 (rGO质量分数为20%)电容性能最好,在电流密度1 A/g时具有1 420 F/g的比电容。CoMn₂O₄/rGO30(rGO质量分数为30%)的倍率性能和循环稳定性能最好。2 000次充放电后,样品CoMn₂O₄/rGO30在5 A/g时的比电容保持率为94%,样品CoMn₂O₄的比电容保持率为78%。     

NiCo2S4/N,S-rGO纳米复合材料的制备和电化学储钠性能

NiCo₂S₄是一种极具发展前景的钠离子电池(SIBs)负极材料。采用简单的一步法(混合和热处理)原位合成了锚定在N、S共掺杂还原氧化石墨烯上的纳米颗粒自组装的NiCo₂S₄亚微米球(NiCo₂S₄/N,S-rGO)。XPS表明了NiCo₂S₄与N,S-rGO之间存在电子转移，证实了NiCo₂S₄与N,S-rGO之间强的协同作用。纳米粒子自组装的NiCo₂S₄亚微米球有效地促进了离子的扩散，N,S-rGO优异的电学和力学性能不仅提高了电极的导电性，而且有效地缓冲了充/放电过程中NiCo₂S₄/N,S-rGO的体积变化。NiCo₂S₄/N,S-rGO作为SIBs的负极材料呈现出高可逆容量，优越的倍率性能和长期稳定性(在电流密度为0.5 A/g时循环130次后仍保持了396.7 mA·h/g的高比容量。即使在电流密度为2 A/g时，经过1000次循环后比容量仍保持在283.3 mA·h/g)。研究结果为高效负极材料的设计和合成提供了新的思路。     

花状与颗粒状NiMn2O4纳米材料的制备及其超级电容性能

分别以尿素和氨水为沉淀剂，采用热溶剂法制备了多孔的花状NiMn₂O₄和颗粒状NiMn₂O₄纳米电极材料，采用 X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜和N₂ 吸附-脱附等手段对NiMn₂O₄材料的物相、形貌结构和孔径分布进行了表征，并通过循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗等方法测试了所制备材料的电化学性能。研究了沉淀剂对NiMn₂O₄材料形貌、微观结构及电化学性能的影响。结果表明：以尿素为沉淀剂的NiMn₂O₄是由纳米片组成的花状结构，纳米片厚度为50～60nm，比表面积为104m²/g。在 1A/g 电流密度下比电容为1614F/g，在5A/g电流密度下，尿素为沉淀剂的花状NiMn₂O₄材料经1000次恒电流充放电后其比电容可达初始值的89%。以氨水为沉淀剂的多孔NiMn₂O₄为直径约30nm的纳米颗粒结构，颗粒间团聚严重，比表面积为91m²/g。在1A/g电流密度下比电容为1147F/g，在5A/g电流密度下，氨水为沉淀剂的颗粒状NiMn₂O₄材料经1000次恒电流充放电后其比电容可达初始值的80%。尿素为沉淀剂的花状NiMn₂O₄具有优越的超级电容性能。     

碳纳米管@聚苯胺/二硫化钼复合材料的制备及其电化学性能研究

采用原位聚合法及水热法两步制备碳纳米管@聚苯胺/二硫化钼(C-P-M)和碳纳米管/二硫化钼@聚苯胺(C-M-P)2种复合物。通过改变材料的复合顺序以及钼源的种类来调控复合材料的形貌结构，探究其对电化学性能影响的根本原因，从而达到优化复合材料性能的目的。电化学测试结果表明，C-P-M的电化学储能性能优于C-M-P,并且以(NH₄)₂MoS₄为Mo源合成的三元复合物(C-P-M-2)的性能要优于以Na₂MoO₄·2H₂O为Mo源合成的三元复合物(C-P-M-1)。在电流密度为1 A/g时，C-P-M-2的比电容达到563.7 F/g;在电流密度为10 A/g下经过1 000圈循环稳定性测试，其比电容仍保留为原来的83%。     

复合催化剂ZnFe2O4/FeVO4的制备及光催化性能

为了降解污水中的有机染料,对复合催化剂ZnFe₂O₄/FeVO₄光降解有机染料进行了研究,以促进水中生物的健康生长和整个生态系统的平衡。通过聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助水热法制备出了ZnFe₂O₄,通过水热法制得了FeVO₄,并按照ZnFe₂O₄和FeVO₄不同质量比合成了复合催化剂ZnFe₂O₄/FeVO₄。以甲基橙为降解染料,在相同条件下对ZnFe₂O₄、FeVO₄和复合催化剂ZnFe₂O₄/FeVO₄进行活性对比实验,结果表明,所合成的复合催化剂ZnFe₂O₄/FeVO₄是一种高效率催化剂。通过扫描电子显微镜(SEM)分析,可以看出ZnFe₂O₄和FeVO₄复合在了一起。在加入H₂O₂的条件下反应20 min,ZnFe₂O₄和FeVO₄对甲基橙的降解率分别为15%和25%,而复合催化剂ZnFe₂O₄/FeVO₄对甲基橙的降解率可以达到75%。此外,以ZnFe₂O₄/FeVO₄为样品考察了催化剂用量、H₂O₂浓度和pH值对催化活性的影响,结果表明,ZnFe₂O₄/FeVO₄样品的最佳催化条件为:溶液pH=5.0、H₂O₂浓度为0.044 mol/L、催化剂用量为1.0 g/L。     

Co3O4镀银对BH4-水解的抑制及在DBFC中的应用

硼氢化物水解是导致直接硼氢化物燃料电池（DBFC）燃料效率下降的主要问题之一。将Co₃O₄用于DBFC阳极催化剂并通过镀银处理以降低水解反应。以CoCl₂·6H₂O为原料制备Co₃O₄，并通过银镜反应对其进行镀银处理，制得Co₃O₄@Ag。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱（EDS）对其进行物理表征，通过交流阻抗（EIS）、计时电流（CA）和电池测试对其电化学性能进行表征。结果表明，利用银镜反应成功地将Ag引入到催化剂体系，且Co₃O₄@Ag催化材料的含银量为2%。电化学测试表明，与Co₃O₄相比Co₃O₄@Ag具有更高的电催化活性。以Co₃O₄@Ag为阳极催化剂组装的燃料电池在室温下最大功率密度（55 mW·cm^-2）和比容量（971 mA·h·g^-1）较Co₃O₄分别提高了44.7%和32.1%，阳极催化剂性能得到显著提高。Ag在抑制水解反应的同时与Co₃O₄体现了协同催化的作用。     

氧化铟包覆二氧化锰正极材料的电化学性能研究

以MnSO₄、KMnO₄为原料合成MnO₂,通过在反应中添加In(NO₃)₃·H₂O在其表面形成In₂O₃包覆层,经XRD、SEM表征发现包覆层并未明显改变MnO₂的晶体结构,但改善了颗粒分布情况。通过充放电测试、循环伏安测试和电化学阻抗测试研究了复合材料的电化学性能,结果表明,在1 A/g的测试条件下,包覆n(Mn)/n(In)为1∶0.03的样品首次放电比容量为206.3 mAh/g,经100次充放电循环后的容量保持率为95%,In₂O₃包覆层能够有效提高正极材料的循环性能。     

富氧空位Co3O4纳米线的制备及其电解水性能研究

在室温下利用NaBH₄溶液还原Co₃O₄纳米线获得富含氧空位（V_O）的三维自支撑纳米线阵列用作全水解电催化剂，其中NaBH₄处理10 min的Co₃O₄/NF在碱性介质中对析氧反应（OER）和析氢反应（HER）表现出很高的活性，在10 mA·cm^-2电流密度下分别仅需240和132 mV的过电位。V_O-Co₃O₄/NF同时作为阴极和阳极电催化剂时，在10 mA·cm^-2下电解水槽电压仅为1.63 V，其耐久性可达60 h以上。该工作为富含氧空位结构的过渡金属氧化物双功能电催化剂的制备提供了新的方法和思路。     

亚微米LiFe0.05Mn1.95O4正极材料的制备及电化学性能

采用固相燃烧法合成了亚微米单晶多面体LiFe_0.05Mn_1.95O₄正极材料。借助XRD、FE-SEM、TEM、XPS和恒电流充放电等手段对样品的结构、形貌、物相组成和电化学性能进行测试。结果表明,Fe掺杂未改变尖晶石型LiMn₂O₄的立方晶系结构,其{400}和{440}衍射峰相对应的晶面出现显著的择优生长,形成了形貌为{111}、{110}和{100}晶面的单晶去顶角八面体晶粒。LiFe_0.05Mn_1.95O₄正极材料表现出比纯LiMn₂O₄材料更为优异的电化学性能,在1C和5C时有着114.7mA·h/g、104.7mA·h/g首次放电比容量,10C倍率下经1000次循环后,容量保持率为83.9%。循环伏安与阻抗分析得出掺杂后的样品有着较大的锂离子扩散系数与较小的活化能。对5C倍率循环1000次后Fe掺杂样品的极片分析发现,其晶体结构基本无变化,适量的Fe掺杂能够有效抑制尖晶石型LiMn₂O₄在充放电循环过程中的Jahn-Teller效应以及Mn的溶解,提升材料的结构稳定性与容量保持率。     

Preparation and sodium storage performance of NiCo2S4/N,S-rGO nanocomposites

NiCo₂S₄ is a promising anode material for sodium ion batteries (SIBs). In this paper, a simple one-step method (mixing and heat treatment) was used to synthesize in-situ synthesized NiCo₂S₄ submicron spheres (NiCo₂S₄/N,S-rGO) anchored on N, S co-doped reduced graphene oxide. XPS characterization demonstrated electron transfer between NiCo₂S₄ and N,S-rGO, which confirmed the strong synergistic effect between NiCo₂S₄ and N,S-rGO. The nanoparticles self-assembled NiCo₂S₄ spheres effectively promoted ion diffusion, and the excellent electrical and mechanical properties of N,S-rGO not only improved the conductivity of the electrode, but also effectively buffeted the large volume changes of NiCo₂S₄/N,S-rGO during the charge/discharge process. Benefiting from the unique nano-architecture and strong synergistic effect, NiCo₂S₄/N,S-rGO applied as anode materials for SIBs presented a high reversible capacity, impressive rate capability and superior long-term stability (396.7 mA·h/g at 0.5 A/g after 130 cycles, 283.3 mA·h/g at 2 A/g after 1000 cycles). Those results open an interesting strategy for rational design and preparation of efficient anode materials for SIBs.     

NiCo2O4@quinone-rich N–C core–shell nanowires as composite electrode for electric double layer capacitor

The bind-free carbon cloth-supported electrodes hold the promises for high-performance electrochemical capacitors with high specific capacitance and good cyclic stability. Considering the close connection between their performance and the amount of carbon material loaded on the electrodes, in this work, NiCo₂O₄ nanowires were firstly grown on the substrate of active carbon cloth to provide the necessary surface area in the longitudinal direction. Then, the quinone-rich nitrogen-doped carbon shell structure was formed around NiCo₂O₄ nanowires, and the obtained composite was used as electrode for electric double layer capacitor. The results showed that the composite electrode displayed an area-specific capacitance of 1794 mF∙cm^–2 at the current density of 1 mA∙cm^–2. The assembled symmetric electric double layer capacitor achieved a high energy density of 6.55 mW∙h∙cm^–3 at a power density of 180 mW∙cm^–3. The assembled symmetric capacitor exhibited a capacitance retention of 88.96% after 10000 charge/discharge cycles at the current density of 20 mA∙cm^–2. These results indicated the potentials in the preparation of the carbon electrode materials with high energy density and good cycling stability.     

钴酸镍基纳米材料在超级电容器中的研究进展

电极材料是决定超级电容器性能的关键因素。钴酸镍纳米材料因其合成简单,价格低廉,储量丰富且理论比电容较高等优点,成为超级电容器电极材料的研究热点。但钴酸镍纳米材料导电率较低、比表面积较小且电化学稳定性较差等缺点严重影响了其实际应用。本文简单介绍了钴酸镍纳米材料的晶体结构以及其作为超级电容器电极材料时的储能机理,同时结合一些示例归纳总结了钴酸镍基纳米材料的制备方法以及钴酸镍纳米材料的改性研究现状,包括形貌改性、复合改性及引入缺陷。最后指出,钴酸镍基纳米材料的环保且高效的制备方法,通过掺杂或缺陷等方法改善其电化学性能,增大其工作电压窗口以及探索适用于钴酸镍基超级电容器工作的电解液,将是未来研究的重点。     

纳米颗粒组装三维Co3O4微米花材料制备及储锂性能研究

通过软模板法(表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵,CTAB)结合后续空气气氛热处理制备出纳米颗粒组装三维Co₃O₄微米花负极材料。研究中采用X射线衍射分析(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、循环伏安测试(CV)、恒流充放电测试以及交流阻抗测试(EIS)对合成样品进行表征分析。研究结果显示，Co₃O₄微米花材料独特的结构优势赋予其优良的电化学性能，在100 mA·g^-1电流密度下电极具备约920 mA·h·g^-1的循环可逆比容量；在500 mA·g^-1电流密度下循环200次后的循环可逆比容量为757 mA·h·g^-1，容量几乎无衰减。大电流循环性能测试显示，所制备电极即使在2 A·g^-1电流密度下依旧具有476 mA·h·g^-1的循环可逆比容量。简易、有效且低成本化的高性能微米花结构过渡金属氧化物负极材料制备工艺将大大加速转换型电极材料的实际有效应用。     

Construction of NiCo2O4 nanoflake arrays on cellulose-derived carbon nanofibers as a freestanding electrode for high-performance supercapacitors

Cellulose has a wide range of applications in many fields due to their naturally degradable and low-cost characteristics, but few studies can achieve cellulose-nanofibers by conventional electrospinning. Herein, we demonstrate that the freestanding cellulose-based carbon nanofibers are successfully obtained by a special design of electrospinning firstly, pre-oxidation and high-temperature carbonization (1600 °C), which display a superior electrical conductivity of 31.2 S·cm^–1 and larger specific surface area of 35.61 m²·g^–1 than that of the polyacrylonitrile-based carbon nanofibers (electrical conductivity of 18.5 S·cm^–1, specific surface area of 12 m²·g^–1). The NiCo₂O₄ nanoflake arrays are grown uniformly on the cellulose-based carbon nanofibers successfully by a facile one-step solvothermal and calcination method. The as-prepared cellulose-based carbon nanofibers/NiCo₂O₄ nanoflake arrays are directly used as electrodes to achieve a high specific capacitance of 1010 F·g^–1 at 1 A·g^–1 and a good cycling stability with 90.84% capacitance retention after 3000 times at 10 A·g^–1. Furthermore, the all-solid-state symmetric supercapacitors assembled from the cellulose-based carbon nanofibers/NiCo₂O₄ deliver a high energy density of 62 W·h·kg^–1 at a power density of 1200 W·kg^–1. Six all-solid-state symmetric supercapacitors in series can also power a ‘DHU’ logo consisted of 36 light emitting diodes, confirming that the cellulose-based carbon nanofiber is a promising carbon matrix material for energy storage devices.