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。     

CuO/KCu7S4复合纳米材料的制备及其超级电容器性能

采用接替离子层吸附反应(SILAR)沉积法成功地在KCu₇S₄微米线上沉积CuO纳米片得到CuO/KCu₇S₄复合纳米材料,并应用于超级电容器的电极。通过对该纳米复合材料表征表明,随沉积次数增加,CuO的含量增加,该CuO为片状结构,均匀地分布于KCu₇S₄微米线上。在1A/g的电流密度下,沉积次数分别为0、20、40和60的样品比电容分别为10.04、25.52、30.84和40.92F/g。CuO/KCu₇S₄-60在0.7A/g的电流密度下比电容为47.6F/g,并且在5A/g的电流密度下进行1000次的循环充/放电测试后比电容增加到初始电容的117.29%。     

表面改性ZnIn2S4纳米片及助催化剂MoS2修饰提高其光催化性能

我们设计了一种具有丰富活性位点和高效电荷分离的MoS₂/ZnIn₂S₄光催化剂体系。首先采用低温回流法通过添加少量的柠檬酸钠对ZnIn₂S₄纳米片的尺寸进行调控从而制备了具有丰富活性位点ZnIn₂S₄纳米片。进一步通过简单的光辅助沉积法将不同质量MoS₂负载在ZnIn₂S₄纳米片表面合成MoS₂/ZnIn₂S₄复合材料。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS),紫外-可见漫反射(UV-vis DSR)和电化学性能测试等表征手段对材料的形貌、结构和性能进行分析。经研究发现，ZnIn₂S₄纳米片较块状ZnIn₂S₄具有丰富的活性位点，MoS₂/ZnIn_2<...     

CdIn2S4光电薄膜材料的制备及光电性能研究

以氯化镉(CdCl₂·2.5H₂O)、氯化铟(InCl₃·4H₂O)和硫代乙酰胺(TAA)为原料，利用水热法在FTO导电基底上制备CdIn₂S₄薄膜材料。利用X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)等手段对所得薄膜的物相结构、表面形貌、成分及光吸收性能等进行表征。借助瞬态表面光电压(TSPV)技术探究CdIn₂S₄薄膜的光生载流子的分离、传输及复合过程。结果表明：制备的CdIn₂S₄薄膜结晶良好、表面均匀平整且具有良好的光吸收性能和光电响应。构建了以CdIn₂S₄和P3HT为吸收层、TiO₂为电子传输层的异质结薄膜太阳能电池器件(FTO/TiO₂/CdIn₂S₄     

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。     

聚苯胺包覆CoFe类普鲁士蓝复合材料的超电容性能

制备了聚苯胺包覆CoFe类普鲁士蓝纳米立方（CoFePBA@PANI）复合材料,采用XRD、FTIR、SEM和TEM对CoFePBA@PANI复合材料的结构和形貌进行表征,利用循环伏安法（CV）、恒电流充放电法及交流阻抗法（EIS）对CoFePBA@PANI复合材料的电化学性能进行了考察。结果表明:通过植酸的配位作用促使苯胺在具有面心立方结构的CoFePBA表面发生聚合反应,形成了具有核-壳结构的CoFePBA@PANI复合材料。系统地研究了PANI的含量对CoFePBA@PANI复合材料电化学性能的影响,CoFePBA@PANI复合材料在0.5 mol/L Na₂SO₄和H₂SO₄的混合酸性介质中,在1 A/g电流密度下,比电容值达到401.2 F/g,电流密度增大至10 A/g时,比电容仍能保持在367.3 F/g。      

NiCo2O4纳米线/SiC复合纤维制备及其电化学性能

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为助纺剂,采用静电纺丝结合碳热还原制备出结晶度较高的β-SiC纤维,其比表面积为92.6 m2/g,表现出双电层电容储能特征,比电容为155.7 F/g。然后,利用水热法在SiC纤维表面生长出大量直径约为15 nm的NiCo₂O₄纳米线,得到NiCo₂O₄纳米线/SiC复合纤维。测试表明,NiCo₂O₄纳米线/SiC复合纤维中镍和钴元素分别以Ni2+/Ni3+和Co2+/Co3+价态形式存在,由于NiCo₂O₄纳米线与SiC纤维的协同作用,NiCo₂O₄纳米线/SiC复合纤维比电容显著提高,并表现出双电层和赝电容并存的特征,比电容可达300.3 F/g,当功率密度为58.1 W/kg时,NiCo₂O₄纳米线/SiC复合纤维能量密度为60.1 W·h/kg。      

基于碳纤维的新型自支撑电极制备方法

借鉴自支撑电极的制备原理,利用电化学沉积结合(NH₄)₂S₂O₈和NaOH沉积液进行表面处理等手段制备了基于碳纤维表面Cu(OH)₂纳米结构的自支撑电极,分析测试了碳纤维表面的微观形貌、表面元素组成及其分布和表面物质的晶型以及利用水热反应在其表面附着电化学物质MnO₂后的电化学性能。结果发现,当(NH₄)₂S₂O₈的浓度为0.43 g/L、NaOH浓度为30.48 g/L、处理时间为12 min时,由SEM观察发现碳纤维表面的Cu(OH)₂纳米纤维的直径、长度、数量都较适宜;XPS、XRD和EDS的测试结果,沉积液处理后碳纤维表面部分单质铜转化为Cu(OH)₂,此结构非常有利于电化学物质的负载而由此构成开放、具有核壳结构的高性能电极材料;恒电流充放电(GCD)测试结果表明此电极材料具有极快的充放电速度。因此本文首次成功地在碳纤维表面的铜层表面原位生长出Cu(OH)₂纳米纤维,为未来以超级电容器为代表的能源设备的性能提升和商业化应用开拓了一种新的电极制备方法。      

不同形貌纳米NiCo2O4的研究进展

纳米NiCo₂O₄因其独特的理化性能已广泛应用于能源储存与转换, 尤其是超级电容器领域。鉴于纳米材料的形貌对其性能的重要影响, 本文综述了不同形貌(纳米针、纳米线、纳米管、纳米片、球状、纳米花、珊瑚状及三维复合结构)纳米NiCo₂O₄的合成方法及其在相关领域的应用, 叙述了各种制备方法的基本原理、特点以及对纳米NiCo₂O₄形貌的调控规律。同时, 简要说明了材料形貌与尺寸对其性能影响的机理及规律。最后, 展望了纳米NiCo₂O₄在能源储存与转换领域中未来的发展方向。     

用于高性能超级电容器电极的栓皮栎基多孔活性炭的制备

本研究以空腔细胞组成的栓皮栎为原料, KOH为活化剂制备了具有多孔结构的栓皮栎软木基多孔活性炭。以此方法制得的活性炭呈薄片状外形, 最大比表面积达到2312 m ²/g, 具有特殊的微孔-介孔结构。在呈碱性的KOH三电极体系中, 0.1 A/g电流密度时比电容达296 F/g; 两电极体系中, 5 A/g时的比电容达到201 F/g, 循环5000次后电容保持率达99.5%。在呈中性的Na₂SO₄两电极体系中, 电流密度0.5 A/g (174 F/g)至50 A/g (140 F/g)时电容保持率达80.5%, 倍率性能良好, 能量密度高达19.62 Wh/kg。     

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。     

V掺杂对Ni-Co-S/细菌纤维素基碳气凝胶电催化性能的影响

本研究以细菌纤维素基碳气凝胶(CA)为载体材料, 通过水热法制备了Ni-Co-S/CA复合气凝胶, 掺入钒元素调控材料的微观结构和性能。研究结果表明: Ni-Co-S的主要物相为NiCo₂S₄, 次相为NiS₂。随着镍钴盐浓度的增大, 负载量增加, 电催化峰电流密度先升后降。当镍钴盐浓度较低时, 掺微量钒后, Ni-Co-S从结晶度较高的球形颗粒转变成低结晶度的方形微粒, 电催化活性和稳定性都得到改善。在0.01 mol/L镍钴盐溶液中掺入3mol% V, 制备的电极对甲醇具有最优的催化氧化性能, 与不掺V的样品相比, 其峰电流密度(78.18 mA/cm ²)提升了至少45.7%。Ni-Co-S/CA复合气凝胶电极具有轻质、高孔隙率等优点, 有望用于便携式直接甲醇燃料电池。     

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.     

从天然辉锑矿中制备硫化锑纳米棒及其性能探究

以天然辉锑矿为原料, 在聚乙二醇(PEG)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的辅助下, 利用水热法合成了硫化锑(Sb₂S₃)纳米棒。探讨了Sb₂S₃纳米棒的形成机理, 并系统研究了不同制备条件对产物形貌与性能的影响。采用一系列表征方法对产物的晶型、成分、形貌、光电性能进行了探究, 并以可见光为光源、甲基橙为目标降解物评价了纳米Sb₂S₃的光催化活性。研究表明, 经160℃水热反应12 h可得到厚约50 nm的Sb₂S₃纳米片, 在氮氛中400℃热处理1 h后, 纳米片将转变为宽100~200 nm, 长2~3 μm的Sb₂S₃单晶纳米棒。制备的Sb₂S₃纳米棒为直接半导体, 能带间隙为1.66 eV。光催化测试表明, 制备的Sb₂S₃纳米棒在可见光下对甲基橙的光催化降解率高于商业Sb₂S₃试剂, 60 min后, 甲基橙的降解率达87.6%, 表现出明显的可见光活性。     

Preparation of porous CdIn2S4 photocatalyst films by hydrothermal crystal growth at solid/liquid/gas interfaces

A chemical method has been used to prepare highly crystalline porous CdIn₂S₄ photocatalyst films at low temperature on a glass substrate. The conversion of cadmium and indium salts with thiourea on CdIn₂S₄ powder particles into CdIn₂S₄ has been achieved via hydrothermal reaction, which acts as a “glue” to connect the original CdIn₂S₄ particles chemically thus forming a mechanically stable photocatalyst film.