氧化石墨烯/聚苯胺材料的制备及其超电容性能研究

通过乳液聚合制备具有类似金属导电性和超电容功能的氧化石墨烯/聚苯胺(GO-PANI)复合材料,聚合在组成为水,乙醇,二甲苯和十二烷基苯磺酸(DBSA)的乳液中进行。采用红外光谱对材料进行了表征,采用循环伏安法、交流阻抗和恒电流充放电进行了材料电化学性能的测试。结果表明氧化石墨烯/聚苯胺呈现高的超电容性能。在0.5 A/g电流密度下,摩尔比为3∶7材料的比电容高达444 F/g,远远超过了氧化石墨烯的比电容(134 F/g)。在50 mV/s下循环1000次,GO-PANI(3/7)仍呈现出高的比电容,达到412 F/g,仅减少7.2%。相对于纯聚苯胺比电容下降41.7%,复合材料GO-PANI具有优良的稳定性,显著提高复合材料容量保持率和循环寿命。     

绿色环保法石墨烯的制备及其电化学性质研究

提出一种绿色环保型、高效的制备氧化石墨烯的方法迫在眉睫,以天然石墨为原料,采用插层法,利用高铁酸钾为强氧化剂,制备氧化石墨烯进而有水合肼还原成石墨烯。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线(XRD)、红外光谱(IR)对样品形貌及结构进行表征,采用循环伏安侧试法(CV)研究石墨烯材料的电化学行为结果表明:利用8 000目合成的石墨烯电化学行为最优,比电容达到126.2 F/g。     

rGO/GQDs复合材料的制备及其超级电容器性能

利用少量乙二胺作为还原剂,在水热条件下制备了还原氧化石墨烯/石墨烯量子点复合材料(rGO/GQDs)。由扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱对材料的形貌和结构进行了表征,并研究了材料的电化学性能。结果表明:复合材料具有三维多孔结构和良好的电化学性能,在0. 3 A/g的电流密度下,复合材料的比电容达到了226. 54 F/g。在10 A/g电流密度下,经过10000次充放电循环后其比电容值仍为初始值的91. 4%。     

石墨烯/聚吡咯复合物的制备及超级电容性能研究

采用石墨烯/聚吡咯(r GO/PPY)复合物制备超级电容器,以弥补二者各自的不足。采用改进Hummers法制备出氧化石墨烯(GO)。利用水合肼还原法将GO还原后得到r GO,同时采用电化学聚合法制备出PPY。最后,用电沉积法直接在不锈钢网上制备出r GO/PPY复合物。得到的复合材料的比电容为209.04 F/g,显著高于r GO的比电容(52.42 F/g)。另外,循环1 000次后,复合材料的比电容下降18.1%,低于PPY(36.3%)。     

石墨烯的制备及其电化学性能分析

以大鳞片石墨制备的膨胀石墨(EG)为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨,采用Na BH4化学还原制备石墨烯。采用扫描电镜和X射线衍射仪对化学还原后的石墨烯进行形貌和结构表征,应用电池测试系统对样品进行循环伏安(CV)、恒流充放电等电化学性能测试。结果表明:石墨烯电极在电流密度100m A·g-1时的首次放电比容量达1900m Ah·g-1;经100个循环周期后石墨烯电极比容量为450m Ah·g-1;在不同电流密度下循环50次,再回到100m A·g-1时,仍保持首次循环92%的比容量。     

聚吡咯/氧化石墨烯复合材料的制备及电化学性能研究

分别采用物理球磨混合法、化学原位聚合法和化学原位聚合-还原法制备了聚吡咯/氧化石墨烯混合物、聚吡咯/氧化石墨烯(PPy/GO)和聚吡咯/还原氧化石墨烯(PPy/RGO)复合材料。通过三电极测试其电化学性能(循环伏安、恒流充放电和交流阻抗)。结果表明,通过化学原位聚合法制备的PPy/GO(304. 5 F/g)比电容远高于物理混合(16 F/g)和聚吡咯/还原氧化石墨烯(126. 4 F/g)。化学法原位聚合法制备PPy/GO最佳条件是冰浴条件下和加入表面活性剂对羟基苯磺酸钠。并通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对化学原位制备的PPy/GO组成、结构和形貌进行了表征。     

氧化石墨烯的酸性还原及其超级电容性能

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),在酸性条件(pH=5)下以180°C进行水热还原,通过调节水热反应时间来制备不同还原程度的还原氧化石墨烯(RGO)。研究了不同的水热反应时间对RGO结构及超级电容性能的影响。结果表明：控制水热反应时间可以制备出还原程度不同的RGO,在电化学测试中,随着水热反应时间的延长,RGO电极的比电容呈先上升后下降的趋势。当水热反应时间为6 h时,RGO电极表现出最佳的超级电容性能,其在1 A/g电流密度下比电容达到251 F/g,相对于GO电极提高了225%。经过500次充放电循环后,RGO-6电极比电容保持率达到92%,具有优异的循环稳定性。     

煤基石墨烯量子点在超级电容器中的应用

针对目前制备煤基活性炭氢氧化钾(KOH)使用比例过高及孔结构分布不合理问题，以太西无烟煤为碳源，先采用高铁酸钾与过氧化氢分步氧化将其氧化为石墨烯量子点，再与KOH混合活化制备煤基石墨烯量子点活性炭。结果表明，这种方法可降低KOH使用量(使碱炭比小于1)，且碱炭比对煤基石墨烯量子点的活化机制与对煤的活化机制类似：KOH用量较少时(碱炭比0.25)只有造孔作用；增加用量后(碱炭比0.5),KOH不但有造孔作用，还有扩孔作用；过量的KOH (碱炭比0.75)则以扩孔为主。随着碱炭比的增加，活性炭的比表面积与总孔容也随之增加，微孔率逐渐下降，中孔率和平均孔径都在增长。在碱炭比为0.75时，活化效果最好，GQDAC-0.75比表面积为1207.3m²/g，微孔率为39.5%，中孔率为51.8%；得益于其独特的“大孔-中孔-微孔”的层次孔结构，GQDAC-0.75表现出最优的电化学性能，在0.5A/g电流密度下比电容达243.6F/g，当电流密度增大到10A/g时，GQDAC-0.75的比电容保持在202.2F/g，继续增大电流密度到100A/g，比电容仍有179.5F/g，...     

电化学法制备的聚苯胺/石墨烯复合材料的微结构及性能研究

采用电化学方法制备出聚苯胺/石墨烯复合材料,并通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对氧化石墨烯、聚苯胺和聚苯胺/石墨烯复合材料的结构进行表征。结果表明,聚苯胺纳米颗粒均匀分布在石墨烯片层间。聚苯胺/石墨烯复合材料的比电容最大为238 F/g。循环1 000次以后,聚苯胺的电容衰减24. 5%,而复合材料的电容衰减15%。与聚苯胺相比,聚苯胺/石墨烯复合材料的电容量高、循环稳定性好,电导率从5 S/cm提高到10 S/cm。     

低温热剥离制备石墨烯及其电化学性能研究

以石墨为原料,采用改进的Hummers法制备了氧化石墨,300℃下热剥离氧化石墨制备得到石墨烯.采用红外光谱、扫描电镜表征了石墨烯的还原程度及形貌结构,运用循环伏安、恒流充放电等测试方法研究了石墨烯的电容性能.结果表明:石墨烯片层之间被充分剥离开来,拥有一定的孔道结构.在1 mol·L-1的硫酸电解液中,石墨烯制备的电极比电容达411 F·g-1.电极组装的电容器,能量密度5.37 W·h·kg-1时,功率密度为604 W·kg-1,循环1000次后比电容保持率为94％.组装的超级电容器电化学性能及循环稳定性能良好.     

PANI/煤基石墨烯宏观体复合材料的制备及其电化学性能

以太西无烟煤为原料,采用催化热处理、改良Hummers氧化等方法,制备煤基氧化石墨烯（CGO）,进而以CGO和聚苯胺（PANI）为前驱体,采用水热自组装法,制备得到PANI/石墨烯宏观体复合材料（3D-PCG）。采用FT-IR、XRD、Raman、SEM和TEM等技术,研究了材料的组成、结构和形貌,考察了3D-PCG的电化学性能。结果表明,PANI以纳米棒状形态均匀镶嵌在煤基石墨烯宏观体（3D-CG）的网状结构中;当PANI与CGO质量比为1：2时,3D-PCG的电化学性能优于PANI和3D-CG,其比电容可达663 F·g^-1。     

液相剥离石墨烯的制备及其电化学性能

在有机溶剂中超声剥离膨胀石墨制备单层和多层石墨烯,对其微观形貌和结构进行表征,采用四探针表征方法考察了溶剂、时间和还原剂对石墨烯电导率的影响,优化了制备工艺参数,分析了石墨烯的性能. 结果表明,以丙酮为分散剂时石墨烯导电率最高,可达219.09 S/cm,石墨烯具有良好的电化学性能,比电容达18.8 F/g,在pH=7的磷酸盐缓冲溶液中,在0.1 V电压下对Pb2+有灵敏的溶出峰,检出限位达0.05 mmol/L.     

二次颗粒人造石墨负极材料的制备及储锂性能

以煤系针状焦生焦为原料、自制高性能煤沥青为黏结剂,对针状焦生焦进行造粒加工处理,制备了具有高能量密度和倍率性能的二次颗粒人造石墨负极材料,并研究了黏结剂沥青添加量分别为5%(质量分数,下同),8%和12%时二次颗粒人造石墨负极材料的理化指标和电化学性能。结果表明:当黏结剂沥青添加量为8%时,造粒工艺效果最为理想,形成的二次颗粒人造石墨负极材料大小较均匀,振实密度为1.10 g/cm³,在0.1 C电流密度下首次充电比容量为345.7 mAh/g,首次库伦效率为95.6%,高于其他黏结剂量下制备的二次颗粒人造石墨负极材料的首次充电比容量和首次库伦效率,在倍率性能测试方面也展现出优异的高倍率充放电能力。     

不同膨胀体积改性膨胀石墨及其填充PA66性能

采用化学氧化法制备了不同膨胀体积的膨胀石墨(EG),通过聚丙烯酸酯对不同膨胀体积的EG进行包覆改性,利用改性后的EG制备改性EG/聚酰胺66(PA66)复合材料,研究了不同膨胀体积的改性EG对复合材料力学性能和导热性能的影响。结果表明,EG经丙烯酸酯改性后,EG的表面粗糙度和活性基团明显增加;复合材料弹性模量和弯曲强度均随改性EG膨胀体积的增加而增加,与未膨胀石墨相比,分别提升了36.1%、25.8%;拉伸强度、断裂伸长率和热导率随膨胀体积的增加呈先增加后减小的趋势。拉伸强度在EG膨胀体积为40 mL/g时达到最大值,为75.6 MPa;热导率在膨胀体积为20 mL/g时最佳,为2.56 W/(m·k),与未膨胀石墨相比,拉伸强度和热导率分别提升了33.3%和30.1%。     

电化学阴极剥离制备少层石墨烯及其微型超级电容器

以石墨为原料高效、绿色、低成本制备少层石墨烯，对石墨烯的规模化生产和应用具有非常重要的意义。电化学阴极剥离法是一种高效制备少层石墨烯的方法，但已有的报道均采用有机溶液体系，成本高且不够绿色环保。开发了一种绿色的水溶液电化学剥离方法，在6 mol·L^-1 KOH溶液中，将石墨作为阴极进行快速剥离制备出少层石墨烯。获得的少层石墨烯具有含氧量低[1.27%(质量)]、缺陷少(I_D/I_G < 0.035)、片径尺寸为5~10 μm、高电导率(大于200 S·cm^-1)以及良好溶液可加性等特点。基于此，采用叉指型掩模板辅助过滤的方法可以高效制备出图案化石墨烯基平面微电极，在硫酸-聚乙烯醇凝胶电解液中，构筑的准固态微型电容器在没有金属集流体存在的情况下，表现出高扫描速率，达到了100000 mV·s^-1，弛豫时间常数低至24 ms；以1-乙基-3甲基-咪唑双(三氟甲基磺酰基)亚胺和双(三氟甲基磺酰基)亚胺锂盐的混合液为电解液，所构建的微型超级电容器的工作电压达4.0 V，体积能量密度为113 mW·h·cm^-3，远高于目前报道的微型超级电容器的电化学性能(<50 mW·h·cm^-3)。     

石墨烯类材料修饰尿液微生物燃料电池阳极的研究

尿液微生物燃料电池（urine-powered microbial fuel cell,UMFC）能够将尿液中有机物的化学能转化为电能,阳极是影响其产能的关键因素。黑磷（BP）、膨胀石墨（EG）和羧基化石墨烯（COOH-GN）是三种典型的石墨烯类新型材料,分别用这三种材料对阳极碳布进行修饰处理得到了三种电极（BP/CC、EG/CC和COOH-GN/CC）。修饰后的电极表面明显变粗糙,且碳布阳极阻抗均有一定程度的减小。分别以BP/CC、EG/CC和COOH-GN/CC三种电极为阳极运行UMFC,获得的最大电压分别为587.71,512.46和492.49 mV,最大功率密度分别为5254.43,3925.44和3252.05 mW/m³,BP/CC阳极UMFC的性能最好。     

Vertically oriented polyaniline‐graphene nanocomposite based on functionalized graphene for supercapacitor electrode

Polyaniline functionalized reduced graphene oxide (PORGO) is prepared by interfacial polymerization and then vertically oriented polyaniline‐graphene (PANI‐PORGO) nanocomposites based on PORGO are developed successfully by in situ polymerization. The morphology and structure are characterized by field emission scanning electron microscopy (FE‐SEM), transmission electron microscopy (TEM), Fourier transform infrared spectra (FT‐IR), Raman spectra and X‐ray diffraction (XRD). The electrochemical tests indicate that the specific capacitance of PORGO and PANI‐PORGO is as high as 291 and 369 F/g, respectively, at the current density of 1 A/g. PANI—PORGO nanocomposite exhibits high electrochemical activity and enhanced cycle stability with a capacitance retention of 81.2% after 500 cycles at 10 A/g. © 2017 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2017 , 134, 44808.     

氮掺杂石墨烯/碳纳米管/无定形炭复合材料制备及其电化学性能

碳基复合材料被认为是超级电容器广泛应用最有前景的电极材料之一。本文使用氧化石墨烯（GO）、硝酸钴［Co(NO₃)₂］、三聚氰胺为原料,利用钴对高温下热解碳源的催化作用,制备得到了氮掺杂石墨烯/碳纳米管/无定形炭（NC）复合材料,并测试了其电化学性能。探究了金属和三聚氰胺添加量对碳基复合材料结构和性能的影响,研究发现,在添加量分别为0.02mmol和0.3g时,制得的样品具有大比表面积（380.5m²/g）和高掺氮质量分数（6.29%）,并在三电极系统中体现出优异的电化学性能,电流密度为0.5A/g时样品的比电容为137.1F/g,5A/g时比电容为113.5F/g,保持率为88.5%,具有优异的倍率性能,在循环5000圈后样品的容量保持率为104%,具有良好的循环稳定性,这归因于三维结构可以加快充放电过程中的离子转移和氮掺杂可提高材料润湿性和贡献部分赝电容,为超级电容器电极材料的制备提供了理论借鉴。     

电化学法制备石墨烯/镍钴氧化物复合薄膜电极及其性能

用电化学法控电位制备石墨烯/Co₂O₃-NiO薄膜电极,通过XRD、Raman、SEM、TEM等仪器对所制备的薄膜进行表征。复合材料中Ni和Co主要以NiO和Co₂O₃的形式负载于石墨烯的表面,直径在50~200 nm之间。循环伏安测试结果表明,石墨烯/Co₂O₃-NiO复合材料性能较纯石墨烯材料明显提升。恒电流充放电测试表明,石墨烯/Co₂O₃-NiO复合材料具有高比电容,在2 A/g的电流密度下,复合材料的比电容最高达到503 F/g,循环500次后比电容保持率为91%。