聚吡咯/石墨烯复合导电材料的制备及性能表征

利用电化学合成和化学还原方法制备了超级电容器用聚吡咯/石墨烯(PPy/GNs)复合电极材料,分别对比了恒电流和脉冲电流条件下石墨烯对电极材料电化学性能的影响,断口形貌及电性能测试结果表明,石墨烯因其良好的导电性能可有效提高电极的比容量,与聚吡咯(PPy)相比,恒电流制备的PPy/GNs(DC-PPy/GNs)电极比容量提高了13.5%。另外发现,脉冲电流制备的PPy/GNs(PC-PPy/GNs)超级电容器具有更大的比容量和更好的循环稳定性。导通时间为100ms时,PC-PPy/GNs复合电极材料在100mV/s的扫描速率下比容量可达280F/g。     

黑枸杞与石墨烯纳米片在染料敏化太阳能电池中的应用

从高原黑枸杞中提取染料, 利用紫外-可见吸收光谱和循环伏安方法研究不同pH染料的光电化学性能, 确定染料最佳pH。以石墨烯为原料制备不同含量乙基纤维素(EC)的石墨烯纳米片(GNs)对电极, 用电化学阻抗、循环伏安、塔菲尔极化曲线研究不同EC含量对GNs对电极电催化性能的影响。以最佳pH染料为光敏剂, 不同含量EC的GNs为对电极组装染料敏化太阳能电池在模拟太阳光下测试光电转换效率。结果表明, EC含量为10wt%时, GNs对电极有良好的电催化性。光电测试EC含量为10wt%的GNs对电极光电转换效率为0.92%, 接近Pt对电极(0.99%)。     

染料敏化太阳电池石墨/聚苯胺复合对电极的低温制备和性能

通过低温制备(120℃)构建出不同比例石墨/聚苯胺复合对电极,分析了复合对电极组装的染料敏化太阳电池(DSCs)的光电性能,并通过X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、电化学交流阻抗法和循环伏安法等表征方法探讨了光电性能变化的内在原因,同时探讨了复合对电极中引入镍纳米颗粒对DSCs光电性能的影响。结果表明:在对电极中,聚苯胺质量含量25%的复合对电极对I_3~-/I~-氧化还原反应具有更佳的催化活性,其DSCs短路电流密度、开路电压分别达到7.41mA·cm~(-2),和0.595V,其DSCs光电转换效率最大为2.193%,与纯石墨对电极和纯聚苯胺对电极时相比,光电转换效率分别提高了86.6%和45.3%。添加镍纳米颗粒后,导致复合对电极串联电阻的增加以及催化活性的弱化,最终促使相应器件的四个光电性能参数均有不同程度的下降。     

钼酸锌-碳复合材料在染料敏化太阳能电池对电极中的应用

采用水热合成法制备出片状结构钼酸锌, 并以其为原料, 添加石墨(G)或导电碳(Cc), 利用喷涂法分别制备出ZnMoO₄、ZnMoO₄-G和ZnMoO₄-Cc对电极催化材料, 应用于染料敏化太阳能电池(DSCs)中。实验结果表明: 以ZnMoO₄为对电极材料的DSC光电转换效率为4.19%, 在分别添加石墨及导电碳制备成复合对电极材料后, 其相应的光电转换效率分别提高到6.56%及7.36%。其中, ZnMoO₄-Cc对电极与相同条件下铂对电极的光电转换效率(7.81%)相当。电化学阻抗(EIS), 循环伏安法(CV)及Tafel极化曲线测试结果表明, ZnMoO₄、ZnMoO₄-G和ZnMoO₄-Cc三种材料均具有一定的导电性和电催化性能。     

SnO2/CNT纳米复合材料作为染料敏化太阳能电池的非铂对电极

通过水热法成功制备复合材料SnO_2/CNT,将其首次用作染料敏化太阳能电池(DSSC)的对电极,加速I3-到I-的还原。通过X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析,证明SnO_2纳米颗粒附着在CNT表面,形成了均匀的多孔网络结构。循环伏安测试(CV)测试表明,SnO_2/CNT复合对电极的活性表面积最大,比SnO_2、CNT和Pt电极有更高的阴极电流密度。同时,SnO_2/CNT对电极对I3-还原有较小的电荷传输电阻(6.13Ω·cm2)。最后,由SnO_2/CNT对电极组装的DSSC的能量转换效率(4.44%)与Pt电极组装的DSSC的效率(5.27%)相当。     

聚酰亚胺辅助制备高定向石墨烯基全炭泡沫及其在导热聚合物复合材料中的应用（英文）

石墨烯及其衍生物具有高纵横比的二维层状结构,在加工过程中通常倾向于水平排列。因此,石墨烯基复合热界面材料虽然具有较高的面内热导率,但其表现出的低面外热导率难以满足实际应用需求。本文通过定向冷冻策略制备了竖直排列的聚酰亚胺/石墨纳米片(PG)导热骨架以提高聚合物复合材料的面外热导率,其中石墨纳米片(GNs)为高导热石墨烯薄膜的粉体边角料。在该过程中,采用水溶性聚酰胺盐溶液直接分散疏水的GNs,热亚胺化后获得的聚酰亚胺在辅助GNs定向排列的同时经石墨化处理转变为人造石墨。同时,GNs的引入提高了PG骨架的有序度和密度,进一步提高了聚二甲基硅氧烷(PDMS)基复合材料的强度和导热性能。结果表明,所制备的PDMS/PG复合材料(PG:21.1%)的面外热导率达14.56 W·m^-1·K^-1,是纯PDMS的81倍。这种简便的聚酰亚胺辅助二维疏水填料定向排列的方法为各向异性热界面材料的规模制备提供了思路,同时实现了石墨烯薄膜边角料的再利用。     

石墨微片/环氧复合防腐涂料的制备及防腐机制

以水性环氧乳液（EP emulsion）及其固化剂为基体,加入石墨微片（GNs）制备防腐涂料,并分析防腐机制。通过盐雾时间测试发现GNs用量为EP emulsion中EP质量的4%时,其耐盐雾时间最长为240 h,同时其200 h划十字线的腐蚀距离低于市售Fe₂O₃/EP涂料。从GNs/EP emulsion复合防腐涂料漆膜表面的SEM图像可以发现,GNs分散的越均匀,涂膜的防腐能力越强。通过Tafel极化曲线发现,该含量漆膜具有腐蚀电位高和腐蚀电流小的特点,这是由GNs在环氧树脂中均匀分布形成微观电容提高树脂介电常数,进而提高漆膜电荷储存能力,减弱电子移动能力而实现的,并借助Nyquist曲线及漆膜断面的SEM图像,建立等效电路及石墨微电容防腐模型。研究发现,GNs/EP emulsion防腐涂料的防腐机制是通过借助GNs的化学稳定性对水和氧气的物理隔绝作用以及通过微电容的形成减弱电子移动能力的电化学作用共同实现。     

小分子化合物表面修饰对金/二氧化硅纳米核壳粒子结构的影响

分别使用带有巯基的化合物半胱胺(Cys)、胱胺(CYS)、巯基丁二酸(MSA)和巯基乙醇(ME)对金/二氧化硅纳米核壳粒子(GNs)进行表面化学修饰。利用动态光散射(DLS)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)对修饰后的GNs进行表征。研究结果显示Cys和CYS修饰后GNs胶体溶液稳定性下降,核壳结构完整性破坏,从而导致其在近红外区最大吸收峰消失。而MSA和ME修饰的GNs胶体溶液稳定,金壳结构完整,光学性质稳定。这可能是由于Cys和CYS的胺基通过与金壳之间产生静电力作用和配位作用,破坏了GNs表面金壳。     

碳纳米管/聚苯胺复合电极的制备及其性能表征

采用柔性碳布作为复合电极的集流体,将高导电性的碳纳米管(CNTs)通过静电植绒的方式嵌入聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂中,得到具有更大电化学活性表面积的复合结构。然后将所得的材料通过电化学沉积的方式将具有赝电容特性的聚苯胺(PANI)镀在CNTs表面,得到了具有碳纳米管/聚苯胺(CNTs/PANI)两种活性物质的二元复合电极。采用扫描电子显微镜(SEM)对电极材料的结构进行表征。并将其与含有硫酸的聚乙烯醇(PVA)水凝胶电解质组装成具有对称结构的柔性固态超级电容器(SSC),并利用电化学工作站对其电性能进行测试,结果表明：在1 mA/cm²的电流下,具有517 mF/cm²的比容量;经过2500次的循环后,具有79.8%的容量保持率,库伦效率超过97%。该研究表明静电植绒技术可以作为制备高性能电极材料的一种有效途径。     

用于染料敏化太阳能电池的多壁碳纳米管基对电极的制备与表征(英文)

经酸化处理的多壁碳纳米管(MWCNTs)与纳米石墨复合后沉积在FTO导电玻璃基底上制备出染料敏华太阳能电池薄膜对电极。利用SEM、TEM、EDS与IR光谱对其进行表征。以Mg O掺杂的Ti O2薄膜为光阳极对电池通过循环伏安法(CV曲线)、电化学阻抗谱(EIS)和伏安特性曲线(J-V)进行光电性能分析。结果表明:酸化处理的MWCNTs与纳米石墨复合对电极展现出优异的光催化性能,有利于电池光电性能的提高。电池开路电压及短路电流密度分别可达0.53 V、4.67 m A/cm2,其光电转换效率达到4.10%,与铂对电极的性能相当。     

石墨烯增强层对石墨烯/Al复合材料不同压缩阶段的强化影响

利用分子动力学(MD)方法探究了石墨烯纳米片(GNs)层数和每层片数对GNs/Al复合材料不同压缩阶段力学增强效果的影响。结果发现：GNs层和片数越多，复合材料弹性模量、屈服强度和最大应力强度的增强效果越显著，且增强层由3片及以上GNs构成时，压缩曲线会出现双最大应力峰值。压缩后期，GNs的断裂造成复合材料的各向异性，使复合材料在GNs锯齿形方向上的横向变形大于扶手椅方向。与MD结果对比分析发现，当金属层厚不足3 nm时，限制层滑模型不再适用。     

乳液模板-自组装法制备石墨烯/聚苯乙烯导电复合材料

利用乳液模板-静电自组装法,以甲基丙烯酰氧乙烯氯化铵(DMC)接枝改性的聚苯乙烯阳离子微球(PS+ )为基体模板、石墨烯为导电介质,利用氧化石墨烯(GO)与PS+间强烈的静电相互作用直接在水中共组装,通过水合肼原位还原(in-situreduction)成功制备了纳米石墨烯片(GNs)填充的聚苯乙烯(PS)导电复合材料。复合材料断口扫描电镜(SEM)和电性能结果表明,静电自组装有利于形成较为完善的石墨烯导电网络,GNs/PS复合材料具有极低的导电逾渗值(0.09%(体积分数))和较高的饱和导电率(25.2S/m)。结合表面zeta电位、复合物微观形貌的表征,对组装机理和结构-性能关系进行了讨论。此外,热重热分析(TGA)结果表明,石墨烯的加入有效地改善了材料的热稳定性。     

乳液模板-自组装法制备石墨烯/聚苯乙烯导电复合材料

利用乳液模板-静电自组装法,以甲基丙烯酰氧乙烯氯化铵(DMC)接枝改性的聚苯乙烯阳离子微球(PS+)为基体模板、石墨烯为导电介质,利用氧化石墨烯(GO)与PS+间强烈的静电相互作用直接在水中共组装,通过水合肼原位还原(in-situ reduction)成功制备了纳米石墨烯片(GNs)填充的聚苯乙烯(PS)导电复合材料。复合材料断口扫描电镜(SEM)和电性能结果表明,静电自组装有利于形成较为完善的石墨烯导电网络,GNs/PS复合材料具有极低的导电逾渗值(0.09%(体积分数))和较高的饱和导电率(25.2S/m)。结合表面zeta电位、复合物微观形貌的表征,对组装机理和结构-性能关系进行了讨论。此外,热重热分析(TGA)结果表明,石墨烯的加入有效地改善了材料的热稳定性。     

MoS2/碳纤维对电极的制备及其在DSSCs中的应用

以钼酸、硫氰酸铵和碳纤维(直径0.4mm,长8cm)为原料,采用一步水热法制备了MoS2/碳纤维对电极。利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线能谱(EDX)对MoS2/碳纤维的微观组织结构进行了表征。采用循环伏安法(CV)对MoS2/碳纤维对电极的催化活性进行了研究。光电性能测试表明,基于MoS2/碳纤维对电极染料敏化太阳能电池(DSSCs)的光电转换效率为3.26%,大于基于Pt/碳纤维电极的光电转换效率2.93%,为低成本DSSC产业化技术研究奠定了基础。     

双面吸光透明碳对电极染料敏化电池的光电性能

以聚乙二醇800(PEG800)为碳源,采用原位形成技术在导电基底上原位形成一体式透明碳催化层,着重考察了配液时碳源的溶剂类型以及旋涂速率对碳对电极透光率、形貌、催化活性及其组装的染料敏化太阳电池(DSCs)双面光电性能的影响。结果表明,不同工艺下获得的碳对电极均具有较优异的透光性,在可见光范围内(400~700nm)的透光率基本达到了70%以上。在考察的2种溶剂中,乙酰丙酮和异丙醇混合液比乙酰丙酮和丙酮混合液更适合作为PEG800的溶剂,相同旋涂速率下能获得透光率更高、催化活性更佳的碳对电极,相应的器件具有更佳的正面转换效率和反面转换效率。旋涂速率和碳对电极的催化活性以及相应器件的正反面转换效率之间均呈反比关系。表面粗糙度不同是引起碳对电极性能各异的主要原因。此外,碳对电极DSCs的反面转换效率/正面转换效率的比值高于80%,大于Pt对电极器件的44%。     

透明MSe2@氮掺杂碳膜对电极用于钴电解质双面DSSC

用层层自组装法制备一种M-TCPP(M=Ni、Fe)薄膜,然后原位硒化制备出MSe₂和氮掺杂碳的复合透明膜(MSe₂@NCF),将其用作对电极并结合钴电解质的特点制备了双面DSSC。对MSe₂@NCF的形貌、结构和电化学性能进行表征,并探讨了从正面和背面辐射DSSC时电池的电荷传输路线和光伏性能的区别。结果表明,NiSe₂@NCF具有可与Pt相媲美的催化活性,用其组装的双面DSSC从正面辐射和背面辐射其PCE分别为8.19%和6.02%,与用Pt电极组装DSSC的PCE(8.46%和6.23%)接近。     

横向和纵向荷载下石墨烯/Al层状梁的弯曲特性

采用分子动力学(MD)方法模拟了石墨烯(GNs)/Al层状梁在横向荷载和纵向压缩下的弯曲变形，探究了层状梁弯曲特性的影响因素。从横向荷载下的弯曲结果可见，由于层间作用的影响，层状梁的弯曲刚度随着GNs层数的增加而不断降低。GNs/Al层状梁的弯曲机制并非由GNs和Al组分特性的简单相加，这使经典连续力学难以适用于高各向异性的层状材料中。在单轴纵向压缩中，GNs使细长的层状梁在塑性变形前更易发生屈曲行为。发生屈曲的临界应力σ_cr和临界应变ε_cr主要受层状梁中重复层厚度的影响，尤其在重复层厚度不足2 nm时，σ_cr和ε_cr急剧降低。屈曲后的弯曲变形中，位错形核的拉-压不对称性使原子缺陷仅从受压缩的地方产生。随着GNs层数的增加，重复层间距离降低，层状梁的柔韧性随之增加。     

用于高性能硫化镉敏化太阳能电池对电极的硫化铜/还原氧化石墨烯纳米复合材料的合成（英文）

用一釜水热合成法制备了硫化铜/还原氧化石墨烯纳米复合材料,改变前驱体中石墨烯含量,得到具有不同石墨烯含量的纳米复合材料。所制备的纳米复合材料首先和聚偏氟乙烯粘结剂混合,再涂覆在SnO2 _(x-)Fx基体上,得到以CdS敏化TiO2为负极的量子点太阳能电池的对电极,并与传统的Cu2 S/Cu对电极进行比较。用场发射扫描电子显微镜、X-射线衍射、拉曼光谱、循环伏安和阻抗谱技术表征了纳米复合材料对电极的微观结构和性能。结果表明:硫化铜/还原氧化石墨烯纳米复合材料优于Cu2 S/Cu对电极。前驱体中石墨烯的含量显著影响了硫化铜纳米晶的化学计量比和形貌。当前驱体石墨烯含量在中等水平下,获得了具有更多供S2_(-x)离子还原的活性位的优化的硫化铜/还原氧化石墨烯纳米复合材料。以此优化的纳米复合材料为对电极制备的量子点太阳能电池在100 mW/cm2的光照强度下具有高的、稳定的和可重复的_(2.)36%的能量转化效率,高于用Cu2 S/Cu为对电极的能量转化效率。此性能的提升归因于硫化铜纳米晶和导电的还原氧化石墨烯之间的协同作用,还原氧化石墨烯充当共催化剂和导电促进剂,降低对电极的内阻并加快多硫化物的还原。     

不同浓度的NiS2-FeS2/碳纳米纤维对电极对量子点敏化太阳能电池光伏性能的影响

为了弥补量子点敏化太阳能电池传统Cu₂S对电极在液态多硫化物电解液中易腐蚀、不稳定的缺陷，表现出更高的对电极电催化活性。本文通过静电纺丝技术和简单的一步水热法成功制备了碳纳米纤维负载的双金属硫化物NiS₂-FeS₂(NiS₂-FeS₂/CNFs)对电极，应用于量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)中表现出优异的电化学性能。同时，不同浓度的NiS₂-FeS₂复合材料在SEM下表现出很大的差异，负载到碳纳米纤维制备成对电极对电池性能也有很大的影响。因此，本文重点探究了水热法制备不同浓度的NiS₂-FeS₂/CNFs对电极对其组装的QDSSCs光电性能影响，以获得最佳对电极浓度。实验结果表明：当NiS₂-FeS₂/CNFs浓度配比为0.8时，电池光电转换效率(PCE)达到最大值为8.05%。     

利用电沉积-溶剂热-硒化技术提高基于二硒化镍对电极的染料敏化太阳能电池的填充因子

为了促进绿色可再生能源的开发利用,提高低成本染料敏化太阳能电池(DSCs)的光伏性能显得十分重要。对电极作为DSCs的重要组成部分,直接影响其光伏性能。针对硒化镍对电极的电催化性能及其光伏性能有待提高等关键问题,学者们已采用多种合成技术调控硒化镍的形貌与物相,从而提高硒化镍对电极的电催化性能。研究表明,二硒化镍(NiSe_2)纳米材料由于具有较多的边缘活性位点而展现出较好的导电性与催化性能。然而,与基于铂电极的电池器件相比,基于NiSe_2对电极的DSCs表现出相对较小的填充因子。本工作利用电沉积-溶剂热-硒化技术设计构建出一种新型NiSe_2对电极。其中以氟掺杂二氧化锡(FTO)导电玻璃为基底,采用恒电势电化学沉积技术制备了Co(OH)2薄膜,并以其为生长点通过溶剂热法合成镍基金属有机框架(Ni-MOF)结构,进一步以硒粉为硒源在氩气环境下进行硒化处理制备NiSe_2纳米材料。SEM、TEM、XRD与XPS测试结果表明:所制备的样品是由纯相NiSe_2物相构成; NiSe_2纳米材料呈现出颗粒状形貌,且平均粒径约为500 nm; NiSe_2纳米材料均匀生长在FTO导电玻璃表面上,可直接作为DSCs的对电极。循环伏安(CV)曲线、电化学阻抗谱(EIS)及塔菲尔(Tafel)极化曲线分析表明,NiSe_2对电极展现出较窄的峰-峰间距,较小的串联电阻、电荷传输电阻、能斯特扩散阻抗以及较大的还原峰电流密度和交换电流密度,预示着NiSe_2对电极具有良好的电催化性能。这是由于结晶度较高的纯相NiSe_2纳米材料具有丰富的边缘活性位点;电沉积-溶剂热-硒化技术有效改善了NiSe_2纳米材料在FTO导电玻璃上的附着强度,有利于电子的有效转移。此外,光电流密度-电压(J-V)曲线表明由NiSe_2对电极组装的DSCs呈现出优异的光伏性能,其能量转换效率(PCE)高达7. 63%,高于铂电极组装的DSCs(7. 21%),其填充因子从0. 65增大到0. 70,可能是由于NiSe_2对电极总电阻较小。本工作设计的新型NiSe_2对电极不仅具有优异的电催化性能,还成功改善了基于NiSe_2对电极的DSCs的填充因子,并有效提高了DSCs的光伏性能。