结构有序的Si/void/C/graphene纳米复合结构的制备及储锂性能

采用简单的超声、冷冻干燥和热还原相结合的自组装方法,设计和构建了纳米硅核/间隙/无定形碳壳层/石墨烯(Si/void/C/graphene)三维有序纳米复合结构。在该结构中,纳米硅核与碳壳层之间的空隙有效避免了硅的巨大体积膨胀对碳层的破坏,大幅度提高了锂离子电池的循环稳定性;将Si/void/C纳米结构嵌入在石墨烯层与层之间,利用石墨烯卓越的导电性和柔韧性,进一步缓冲了硅材料的体积效应和提高了复合材料的导电性能。该复合材料在4200 m A·h·g~(-1)(1 C)电流密度下循环1000次后比容量仍高达1603 m A·h·g~(-1);在67 A·g~(-1)(16 C)的高倍率下,比容量仍有310 m A·h·g~(-1),显示出了在锂离子电池负极材料领域的巨大应用潜力。     

柔性自支撑PDDA-Si/G纳米复合薄膜的制备及储锂性能

通过静电自组装技术成功制备得到柔性自支撑聚二烯二甲基氯化铵-Si/石墨烯(PDDA-Si/G)纳米复合薄膜。该复合薄膜无添加黏结剂及导电炭黑且仍能保持电极结构的完整性,其中石墨烯提供完整的导电网络和机械韧性。电化学测试结果表明,当电流密度为0.2 A/g,复合材料的比容量可达1439.9 (mA·h)/g,库仑效率保持98%以上。且在高电流密度(2 A/g)下,复合材料的比容量仍可维持在499.9 (mA·h)/g,远高于商品化纯Si电极的电化学性能。     

Si/VGCF复合材料的储锂性能

以纳米硅颗粒为原料,采用液相法制备了硅纳米粒子与气相生长碳纤维(VGCF)复合的材料(Si/VGCF)。考察了Si/VGCF制备工艺和VGCF的最佳含量,分别采用SEM和TEM表征了Si/VGCF材料形貌和晶体结构,测试和计算了材料电导、BET比表面积和孔尺寸数据。采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等测试了Si/VGCF复合电极的电化学性能,并与其他碳材料进行了对比分析。结果表明,Si与VGCF形成了多级框架结构,丰富了离子和电子传输网络;同时发达的孔结构也缓解了Si粒子在嵌/脱锂过程中的体积效应,使电极活性材料的利用率和电化学稳定性显著提高。当m(Si)∶m(VGCF)为1:0.5时,Si/VGCF复合电极在500 mA/g的电流密度下,充放电循环100次后,可逆容量高达1470 mA·h/g。     

核壳结构米粒状FeS2/C纳米材料制备及储锂性能研究

通过阴离子置换反应制备出具有核壳结构的米粒状FeS₂/C纳米材料。所制备材料具有较高的离子和电子电导,优异的电解液浸润特性,以及缓冲材料体积变化的能力。在作为锂离子电池负极材料时,FeS₂/C电极具有较高的可逆比容量以及优秀的倍率性能,100 mA·g^-1电流密度下可逆比容量高达1100 mA·h·g^-1,在2 A·g^-1的大电流密度下,依然有866 mA·h·g^-1可逆比容量。研究结果为其他核壳材料的制备提供了新的思路和方法。     

石墨烯纳米复合材料的制备及性能研究

以泡沫镍为模板、石墨为催化剂、酚醛树脂为碳源,采用水热法以及热处理方法制备了三维石墨烯复合材料,再利用化学沉积法制备三维氧化镍-石墨烯-泡沫镍复合材料,并对其结构和电性能进行了分析,研究结果表明,该复合材料的石墨化程度高,具备电极特性,电化学性能稳定。     

低成本硅纳米管/碳复合材料的制备及储锂性能

以天然硅酸盐矿物还原制备硅负极材料,即可以继承天然矿物结构来提高硅材料的电化学性能,又具有低成本的特点。以天然埃洛石铝热还原的产物为原料,沥青为碳源,采用简单的蒸发溶剂的方法制备了硅碳复合材料。结果表明：硅是以直径为30 nm左右的纳米管形式存在,碳层均匀地包覆在硅纳米管上,使得硅碳复合材料的直径增大,碳层厚度约为7 nm,碳以无定形结构存在,碳包覆还导致比表面积下降。电化学测试表明,与硅纳米管相比,当包覆碳含量(质量分数)为15%时电化学性能最好,首次充放电容量分别为1 387.8 mA·h/g和1 615.7 mA·h/g,首次Coulombic效率达到85.9%。不但保持住了硅纳米管的首次充放电效率,循环性能得到大幅度提升,与硅纳米管的循环200次容量保持率38%相比,包覆碳含量为15%的循环200次容量保持率提高了45.8%。包覆碳含量为15%的硅/碳复合材料的500次循环后比容量为1 065.6 mA·h/g。容量保持率为76.8%。     

纳米硅碳/石墨复合负极材料的制备及其电化学性能研究

以机械球磨法和化学气相沉积法制备的纳米硅为原料,通过喷雾干燥法制备了人造石墨@纳米硅@无定形碳材料,探究不同制备工艺的纳米硅对包覆效果的影响。结果表明,气相沉积法制备的球形硅颗粒包覆效果更好,材料的电化学性能更优,在0.1C倍率下循环150周,比容量维持在678.7 mAh·g^-1。     

SiO/C复合材料的制备及储锂性能研究

通过球磨、水热和焙烧的方法,制备了SiO/C复合材料。扫面电镜(SEM)测试结果表明,通过水热反应形成的碳微球,能够均匀包覆在氧化硅表面。恒流充放电测试表明,合成的SiO/C复合材料首次充放电容量分别为918.2和549mAh/g,经过70次循环后可逆容量为463.6mAh/g。循环性能得到改善归因于碳的均匀包覆有效缓冲了材料在循环过程中的体积变化,保持了良好的导电网络。     

核壳结构Si/SiOx纳米复合材料的制备及电化学性能

通过溶胶–凝胶法与热处理相结合的方法合成了锂离子电池核壳结构Si/SiO_x纳米复合负极材料,采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、红外光谱分析了复合材料的结构,采用恒流充放电和电化学工作站测试材料的电化学性能。结果表明:纳米Si粒子表面被SiO_x包覆,形成了具有核壳结构的Si/SiO_x纳米复合材料。其中纳米Si粒子粒度为80～100nm,SiO_x厚度为15～19nm。合成Si/SiO_x纳米复合材料的首次放电容量达1093mA·h/g,经过100次循环后容量仍超过430mA·h/g,表现出良好的循环性能。     

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。     

石墨烯导热高分子复合材料的制备、性能与机理

石墨烯是一种具有超大的比表面积、良好的热和化学稳定性、超高的热导率以及易于化学修饰的蜂窝状单层碳材料,已作为填料广泛应用于导热高分子复合材料领域。近年来石墨烯导热高分子材料的研究重点是改善石墨烯在聚合物基体中的界面相容性和分散性能。阐述了近年来石墨烯导热高分子复合材料的制备方法及其热性能,并重点对石墨烯导热高分子复合材料的导热机理进行综述,同时结合研究现状对石墨烯导热高分子复合材料的研究方向进行展望。     

利用表面改性制备磷酸锰锂/石墨烯锂离子电池复合材料

3-氨丙基三甲氧硅烷（APS）改性的磷酸锰锂纳米片与氧化石墨烯通过静电自组装,经喷雾干燥和高温煅烧,得到磷酸锰锂/石墨烯复合材料。APS修饰后的磷酸锰锂带正电荷,并可通过红外光谱中3-氨丙基和Si-O-C官能团的存在证明磷酸锰锂成功被APS修饰,使得其与带负电荷的氧化石墨烯自组装形成磷酸锰锂/石墨烯复合材料。测试结果表明约25 nm的磷酸锰锂纳米颗粒均匀负载在石墨烯表面,石墨烯片层充当导电网络,提高了材料的电子电导率和锂离子扩散速率,缓解了LiMnPO₄在充放电过程中的体积变化。电性能测试发现,该材料的首次放电比容量为142.2 mA·h·g^-1,50个循环后容量保持率达到90.5%,较未经APS修饰的磷酸锰锂/石墨烯材料有大幅提高。     

One-pot in situ ball milling preparation of polymer/graphene nanocomposites

A one-pot method which involves peeling graphite nanosheets (GNs) off into graphenes in polymer solution and in situ forming polymer/graphene sheets nanocomposites by using ball milling is presented. Via this approach, nanocomposites based on maleic anhydride grafted poly (ethylene-co-vinyl acetate) (EVA-g-MAH) and graphene sheets comprising one to five layers were accomplished. The resulted EVA-g-MAH/graphene nanocomposites displayed a percolation threshold around 5.0 wt %, much lower than that of the EVA-g-MAH/GNs nanocomposites prepared by direct solution blending (∼ 13.0 wt %). The nanocomposite containing 10 wt % of graphene sheets exhibited a higher maximum decomposition temperature by ∼ 10°C when compared with the virgin polymer and the corresponding nanocomposite loaded with 10 wt % of GNs. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2012     

载Pt石墨烯中空微球催化剂的制备及其电催化性能

目前,直接甲醇燃料电池（DMFC）已成为世界各国探寻新型绿色动力源的首选。铂基催化剂虽然被公认为催化甲醇氧化最有效的催化剂,但离其商业化应用仍然存在较大差距。提高铂的利用率和电催化性能被公认为是解决DMFC商业化的关键问题。基于以上考虑,本文采用一种不需要使用表面活性剂的模板辅助法成功合成出了石墨烯中空球,并利用电沉积法负载Pt纳米颗粒。该载Pt石墨烯中空微球具有非常高的比表面积（226.4m2/g）和相互连通的结构。电化学测试结果表明,该载Pt石墨烯中空球的电化学活性表面积高达43.27m2/(g,Pt),峰值电流密度几乎是商业铂碳的两倍,且稳定性明显高于商业化铂碳。该载Pt石墨烯中空球对甲醇氧化展现出了极好的应用前景。     

氮掺杂石墨烯/多孔碳复合材料的制备及其氧还原催化性能

采用简单、无模板的方法制备了氮掺杂多孔石墨烯/碳复合材料(NPGC)。采用SEM、XRD、Raman、XPS等分析手段对NPGC的形貌、组成以及结构进行了表征，利用旋转圆盘电极技术测试了其电催化氧还原反应(ORR)活性。结果表明，葡萄糖在水热后生成的碳与石墨烯成功复合，并在950℃炭化、活化后形成了相互渗透、结构良好的三维片状多孔网络结构；其氮含量高达9.47%。NPGC作为一种高效的非金属ORR电催化剂，在碱性溶液中具有较高的起始电位[0.87 V(vs RHE)]和较大的极限电流密度(4.7 mA?cm^?2)，以及其ORR平均转移电子数为3.8。与商业Pt/C催化剂相比，NPGC具有较强的耐甲醇性和长期耐久性，且制备成本较低，具有广阔的应用前景。     

Investigation of electronic properties of graphene/Si field-effect transistor

We report a high-performance graphene/Si field-effect transistor fabricated via rapid chemical vapor deposition. Oligolayered graphene with a large uniform surface acts as the local gate of the graphene transistors. The scaled transconductance, g_m, of the graphene transistors exceeds 3 mS/μm, and the ratio of the current switch, I_on/I_off, is up to 100. Moreover, the output properties of the graphene transistor show significant current saturation, and the graphene transistor can be modulated using the local graphene gate. These results clearly show that the device is well suited for analog applications.     

Polyvinyl alcohol/multi-walled carbon nanotubes nanocomposites with ordered macroporous structures prepared by ice-templating

We demonstrate in this study that it is possible to prepare three-dimensionally ordered macroporous polymer structures by ice-templating. Polyvinyl alcohol (PVA) was used as a model system in this study, but the processing route proposed here can be applied to other polymer systems. Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were incorporated into the PVA matrix at concentrations up to 12 wt% to investigate the influence of this addition on the mechanical and electrical properties of the obtained scaffolds. Different freezing routes were used, namely unidirectional, radial, and bidirectional freezing. The addition of MWCNTs had a strengthening effect on the scaffolds, especially when added at loadings around 2 wt%. Samples prepared by unidirectional freezing displayed larger mechanical stability, but materials derived from radial and bidirectional freezing showed a higher electrical conductivity. The obtained materials exhibited apparent porosity above 85%, which can be of great interest in many applications.     

生物质基石墨烯复合材料的综述

近年来石墨烯因其优良的力学、电学、热学和光学等特性,在学术界备受广泛关注。石墨烯与生物质分子之间能够通过共价或非共价作用（氢键、π-π作用、静电作用等）进行复合。这些相互作用既增加了石墨烯在生物质中的溶解性或分散性,也可以提高复合材料的性能,从而拓展其功能。本文综述了石墨烯的制备方法及生物质基石墨烯复合材料的制备及应用,并展望了生物质基石墨烯纳米材料的前景及意义。     

Synthesis and electrochemical properties of graphene oxide/nanosulfur/polypyrrole ternary nanocomposite hydrogel for supercapacitors

A method for synthesizing Graphene oxide (GO)/nano‐sulfur/polypyrrole (PPy) ternary nanocomposite hydrogel is depicted. The higher surface area of GO, PPy porous structure and their excellent conductivity are utilized, and the GO hydrogel can be made easily. The products are characterized by field‐emission scanning electron microscopy (FESEM), X‐ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FTIR) spectra, and electrochemical workstation. The results demonstrated that GO/nano‐S/PPy ternary nanocomposite hydrogel is successfully synthesized. The electrochemical properties are investigated by cyclic voltammetry, galvanostatic charge/discharge measurements, and cycling life in a three‐electrode system in 1M Li₂SO₄ electrolyte solution. The GO/nano‐S/PPy ternary nanocomposite hydrogel exhibit a high specific capacitance of 892.5 F g^?1 at scan rates of 5 mV s^?1 and the capacitance retain about 81.2% (594.8 F g^?1) of initial capacitance (732.5 F g^?1) after 500 cycles at a current density of 1 A g^?1. © 2014 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2014 , 131, 40814.