纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极的制备

目的以纳米纤维素/碳纤维复合膜为导电基底,制备纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管超级电容器电极。方法利用超声处理和真空抽滤制备纳米纤维素/碳纤维复合膜;利用原位聚合法制备聚苯胺和聚苯胺/碳纳米管复合材料;通过真空抽滤法制备纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺电极和纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极。结果在纳米纤维素/碳纤维复合膜中,碳纤维形成了互穿导电网络结构,是良好的超级电容器电极导电基体;纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极具有良好的电化学性能,在扫描速率为5 mV/s的条件下,质量比电容为380.74 F/g,且在1000次循环测试后,电容保留率为88.05%。结论以纳米纤维素/碳纤维导电复合膜作为基体制备的纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极具有良好的电化学性能,可以作为超级电容器电极。     

超级电容器碳纳米管及其复合电极材料最新研究进展

超级电容器作为一种新型储能元件,具有比传统电容器高得多的能量密度和比电池大得多的功率密度以及超长的使用寿命等特点.碳纳米管由于具有良好的导电性和高比表面积而成为超级电容器的理想电极材料.综述了用作超级电容器电极材料的碳纳米管及其复合材料的结构、特性、电化学性能和基于该材料的超级电容器研究的新成果.     

纳米纤维素/氧化石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备及表征

以纳米纤维素(CNF)为分散介质,氧化石墨烯(GO)为增强介质,多壁碳纳米管(MWNT)为导电介质,机械搅拌后真空抽滤制备CNF/GO/MWNT复合薄膜,研究GO/MWNT含量对复合薄膜性能的影响,采用红外、Raman光谱、扫描电镜、透射电镜对薄膜的结构和形貌进行表征,采用动态力学分析、热重分析和电导率测试研究薄膜的力学性能、热性能和电性能。结果表明,薄膜的拉伸强度随GO含量的增加先增加后减小,薄膜电导率和耐热性随MWNT用量增加而增加,当CNF/GO/MWNT质量比为20/10/70时,复合薄膜性能最佳,薄膜的电导率达到236.07 S/m,拉伸强度为25.13 MPa,180~300℃区间材料的热失重为9.45%,最大热分解速率对应温度达到322.69℃。扫描电镜、透射电镜结果表明,GO在材料内部呈现规整结构,CNF能有效分散GO/MWNT,形成均匀分散液。     

对苯二酚增强纤维素/石墨烯电极的制备

目的 以纳米纤维素气凝胶为骨架,对苯二酚为增强相,并加入还原氧化石墨烯,制备纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合电极薄膜,将其应用于超级电容器。方法 采用超声处理制备纳米纤维素/氧化石墨烯混合溶液;在高温高压的环境下,加入对苯二酚,采用水热合成法和冷冻干燥法制备纳米纤维素/还原氧化石墨烯气凝胶,并最终制成电极膜。结果 在纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合气凝胶中,石墨烯可将纳米纤维素均匀包裹,形成三维多孔网络结构;纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合电极具有良好的电化学性能,在1 mol/L的H2SO4溶液中,当电流扫描速率为1 mA/cm2时,超级电容器比面积电容高达1.621 F/cm2,且在2000次循环测试后,电容保留率为88.3％。结论 以纳米纤维素为基体制备的纳米纤维素/还原氧化石墨复合电极具有良好的电化学性能,可以用作超级电容器电极。     

细菌纤维素/碳纳米管柔性纳米复合膜的制备及其导电性能研究

以细菌培养生成的细菌纤维素(BC)为基材,碳纳米管(CNTs)为导电填充物,通过简单的物理吸附法制备出了BC/CNTs纳米复合膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外变换光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TG)和四探针测试仪(FPT)对其形貌、结构、热学以及导电性能进行了表征。结果表明:CNTs均匀负载在BC膜上,CNTs的掺入使BC膜的热学性能得到很大改善;同时制备出的柔性纳米复合膜在不同弯曲角度下均具有很好的导电性能,导电率为0.32±0.003S/cm,且性能稳定。这表明合成的纳米复合膜可作为柔性基材在生物传感器、超级电容器及其锂电材料等领域得到很好应用。     

纤维素纳米纤丝-还原氧化石墨烯/聚苯胺气凝胶柔性电极复合材料的制备与性能

利用高长径比的纤维素纳米纤丝（CNF）与片层结构的氧化石墨烯（GO）形成的CNF-GO复合水凝胶经抗坏血酸还原制备出CNF-还原氧化石墨烯（rGO）复合水凝胶材料。通过冷冻干燥法得到CNF-rGO复合气凝胶,并进一步通过苯胺单体在CNF-rGO复合气凝胶的孔道内原位聚合制备出CNF-rGO/聚苯胺（PANI）气凝胶柔性电极复合材料。研究了不同苯胺、CNF和GO的质量比对CNF-rGO/PANI气凝胶柔性电极复合材料的结构形貌和电化学性能的影响。结果表明,苯胺原位聚合后所得CNF-rGO/PANI复合气凝胶仍具有紧密的三维多孔网络结构。与rGO/PANI气凝胶电极复合材料相比,CNF-rGO/PANI气凝胶电极复合材料具有更理想的电容行为。当CNF与GO质量比为60∶40,PANI添加量为0.1 mol时,CNF-rGO/PANI气凝胶电极复合材料比电容可达85.9 Fg-1,且其电化学性能几乎不受弯曲程度的影响,展现出了良好的柔韧性和电化学性能。      

碳纳米管/聚苯胺柔性自支撑复合电极材料的制备及其电化学性能研究

基于原位化学氧化聚合并结合真空辅助成型获得了聚苯胺(PANI)包裹碳纳米管(CNTs)的CNTs/PANI自支撑复合电极,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外光谱测试仪(FT-IR)对CNTs/PANI复合膜的微观形貌和结构进行表征,并利用电化学工作站对其电化学性能进行了测试。实验结果表明,CNTs被PANI颗粒均匀包覆。CNTs/PANI-15(CNTs与An的质量比为1∶15)复合电极的比电容为387F/g(电流密度为0.5A/g),且在3A/g电流密度下连续循环10000圈时,电容保持率为86%。而纯PANI在8000次循环充放电测试后,电容保持率低至66%,且结构几乎坍塌。其原因在所制备的CNTs/PANI复合电极材料兼具PANI的赝电容和CNTs的双电层电容的双重储能机理,通过二者的协同作用显著改善了CNTs/PANI复合膜的电化学性能。     

纳米纤维素-碳纳米管/热塑性聚氨酯复合薄膜的制备及应变响应性能

采用2,2,6,6?四甲基哌啶?1?氧自由基(TEMPO)氧化法制备了不同羧基含量的纳米纤维素(CNF),并将其用作碳纳米管(CNTs)的分散剂,通过超声、离心处理制备出稳定均一的CNF?CNTs分散液,然后通过朗伯?比尔定律测定CNF?CNTs分散液中CNTs的浓度,研究了不同CNF羧基含量对CNTs的分散效果。此外,利用静电纺丝法制备出柔性、多孔的热塑性聚氨酯(TPU)薄膜作为基体,以CNF?CNTs分散液作为导电填料,通过真空抽滤法将CNF?CNTs负载于TPU多孔膜上,制备出CNF?CNTs/TPU复合薄膜,并探究了不同CNF羧基含量对CNF?CNTs/TPU复合薄膜应变响应性能的影响规律。结果表明,羧基含量对CNF的分散性能具有重要影响。随着CNF羧基含量的提高,CNF对CNTs分散效果越好,CNF?CNTs/TPU复合薄膜具有更大的应变响应范围。当CNF羧基含量为1.698 mmol/g时,CNF?CNTs/TPU复合薄膜的应变响应范围高达507%,灵敏度系数为335,表现出优异的应变响应性能。      

氧化镍三维纳米电极的制备及其超级电容性能研究

以阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列为基底,利用水热法在上面成功制备出NiO三维纳米电极。通过晶体粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)分析了其物相组成、表面形貌及元素价态,同时也分析了NiO直接在TiO2纳米管阵列上三维生长的过程。超级电容性能结果表明:NiO三维纳米电极在充放电电流密度在2.5A/g下,比电容为918F/g的容量,循环2000圈之后容量保持在93%,是较为理想的超级电容器用清洁储能材料。TiO2纳米管阵列显著提高了NiO与基底接触的牢固程度,克服了粉末材料制备电极的繁琐过程,较大地提高了电极材料的循环性能。     

用于超级电容器电极的炭化碳纳米管复合纸

对一种以炭化的碳纳米管复合纸为电极的超级电容器进行了研究。纸纤维为基体,碳纳米管为功能材料,将分散好的碳纳米管与纸纤维混合均匀抽滤,制成碳纳米管复合纸,碳纳米管复合纸在真空炉中经1460℃炭化。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和拉曼光谱仪对其进行分析。以1mol/L的LiPF6为电解液,对以炭化碳纳米管复合纸作电极的超级电容器进行循环伏安、恒流充放电和交流阻抗谱测试。扫描速率为1mV/s时,炭化碳纳米管复合纸电极的比容量达到105F/g;放电电流为12mA时,比能量和比功率分别为22 Wh/kg、1.5kW/kg,表现出良好的超级电容器性能。     

碳纳米管填充金属Ag纳米线及其机理研究

通过湿化学法将金属Ag成功填入碳纳米管,填充物的形态为纳米线状.用浓硝酸通过沸点回流法对碳纳米管进行处理,处理后不但除掉了其表面的杂质,而且碳纳米管端帽打开并明显被切短.AgNO3溶液通过毛细作用进入开口后的碳纳米管中,在450℃用H2进行还原,还原后碳纳米管被Ag纳米线填充,Ag纳米线直径为20～40nm,长度100nm～10μm.通过透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)分析研究了Ag纳米线的微观形态和结构.在实验基础上探讨了金属Ag纳米线的形成机理.     

基于纸纤维/晶须状碳纳米管/活性炭三元无金属集流体复合纸电极的柔性超级电容器

以纸纤维(PF)为基体,晶须状碳纳米管(WCNT)和活性炭(AC)为功能添加物,采用真空抽滤法制成PF/WCNT/AC三元无金属集流体复合电极。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)光谱仪、拉曼(Raman)光谱仪对其进行表征和分析,采用两电极测试体系对组装的超级电容器性能进行测试。结果表明,与涂布法所得的铝箔集流体(Al/WCNT/AC)电极相比,由PF/WCNT/AC三元复合电极组装的超级电容器比电容大幅提高,并展现出良好的充放电性能。在1mV/s的扫描速率下比电容达325F/g,几乎是Al/WCNT/AC超级电容器(108.7F/g)的3倍。PF/WCNT/AC超级电容器在0.4A/g电流密度下的比电容为95F/g,在3.2A/g电流密度下的比能量与比功率分别为36.76 Wh/kg、5.52kW/kg。     

近球状钼酸镍/多壁碳纳米管复合材料的制备及其赝电容性能

以硝酸镍、钼酸钠和多壁碳纳米管为原料, 通过水热反应法制备了钼酸镍/多壁碳纳米管(NiMoO₄/MWCNTs)复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线能谱和X射线衍射对材料组成和形貌进行表征。结果表明: MWCNTs 很好地包覆在球状NiMoO₄外表面, 且各元素均匀地分布在材料中。循环伏安和电化学阻抗实验证实MWCNTs显著增强了NiMoO₄的氧化还原信号和电荷转移动力学特性。电容测试实验进一步表明, 复合材料较NiMoO₄单一材料具有更高的比电容、倍率特性及循环稳定性, 且当MWCNT含量为40 mg时, 所得产物(NiMoO₄/MWCNTs-40)具有最佳的电化学性能。电流密度为2 A/g时, NiMoO₄/MWCNTs-40复合材料的比电容高达1071 F/g; 当电流密度增大到10 A/g时, 比电容仍能保持原来的66.10%。在10 A/g的电流密度下, 经过2500次循环充放电后, NiMoO₄/ MWCNTs-40复合材料的比电容保持率高达95.85%, 表明该材料具有出色的循环稳定性。     

纳米纤维素/聚乳酸复合包装薄膜的制备及表征

目的添加适量的纳米纤维素改善聚乳酸的脆性,以适应产品的包装。方法将聚乳酸(PLA)与纳米纤维素(CNFs)共混制备复合包装材料,测试该复合材料的力学性能、透光率、红外谱图,并用扫描电子显微镜(SEM)观察了复合包装材料的表面形貌。结果纳米纤维素添加到聚乳酸中增加了其力学性能,当纳米纤维素质量分数为2%时,拉伸强度和冲击强度都达到最大;随着添加CNFS比例的增大,CNFs/PLA复合薄膜材料的透光率随之降低,雾度随之升高,但是该薄膜作为包装材料对商品的可视性影响不大。结论纳米纤维素(CNFs)是具有一定长径比的纳米级线状材料,对材料的拉伸强度具有增强作用。     

超级电容器MnO_2/活性炭复合电极的研究

采用机械混合物理方法将电解MnO2进行细化并与活性炭组成复合电极材料。循环伏安、恒流充放电等测试结果表明,复合电极材电极具有更好的电化学可逆性和理想的电化学电容行为。当MnO2和活性炭混合物的平均粒径在3μm左右,并且其配比达到某一值时,电极呈现出良好的大电流充放电性能,解决了活性炭大电流充放电效果差的问题。     

木聚糖/多壁碳纳米管复合水凝胶的制备及性能

以木聚糖和改性碳纳米管为原料,采用半互穿网络方法制备了一系列不同碳纳米管含量的木聚糖/多壁碳纳米管复合水凝胶;利用扫描电镜及红外光谱对凝胶的微观结构及化学结构进行了表征,研究了碳纳米管的含量对凝胶的微观结构及力学性能的影响,考察了凝胶的pH敏感性以及碳纳米管含量和交联剂用量对溶胀率的影响,研究了该凝胶对亚甲基蓝的吸附行为。结果表明,随着改性碳纳米管含量的增加,凝胶的抗压性能提高,溶胀率先增大后减小,但交联剂用量的增加会使凝胶溶胀率明显减小。改性碳纳米管的引入使凝胶的pH敏感性增强、孔径均匀、吸附性能提高。吸附研究表明该木聚糖/多壁碳纳米管复合水凝胶是一种良好的阳离子吸附剂。     

碳纳米管/聚苯胺化学修饰电极的制备及其对抗坏血酸的检测

通过恒电压沉积法将纳米金属镍沉积于石墨电极表面, 经化学气相沉积法在石墨电极表面原位生长出碳纳米管(CNTs), 通过电化学聚合法在CNTs表面原位聚合聚苯胺, 从而获得化学修饰电极。采用扫描电子显微镜对所得电极形貌结构进行表征, 并研究CNTs与PNAI复合电极对抗坏血酸(AA)的检测效果。研究结果表明: 制备的CNTs都能均匀地生长在石墨电极表面, 纳米中空管状结构都保持完好; PANI均匀地包覆在CNTs管壁上, 复合材料呈现出典型的三维网状结构。所制备的CNTs/PANI修饰电极对AA具有良好的电化学响应, 其中管径较小CNTs的修饰电极对AA的电化学响应更强: 具有更宽的检测范围和更低的检出限。其检测线性范围为1.0×10^-6~4.5×10^-4 mol/L, 检出限为1.0×10^-7 mol/L (S/N = 3)。且具有良好的稳定性、重复性和可靠性。