石墨烯/MnO2纳米片复合薄膜的制备及其超级电容性能研究

采用两步界面组装法制备石墨烯/MnO₂纳米片(GMTF)三维复合薄膜电极，研究了复合薄膜的电化学性能。结果表明，MnO₂的赝电容和石墨烯的双电层电容相互协调，使得GMTF复合薄膜材料比单一的MnO₂纳米片或者石墨烯材料具有更佳的电化学性能。在三电极体系中，GMTF电极的比电容在5mV/s时达156.54mF/cm²,远高于石墨烯(40.24mF/cm²)和MnO₂纳米片(69.03mF/cm²)。此外，在两电极体系中，基于GMTF复合薄膜的固态超级电容器也显示出较高的面积比电容(120.49mF/cm²)和质量比电容(204.22F/g)、优良的循环性能。在功率密度为39mW/cm³时，能量密度能够达到1.735mWh/cm³。     

泡沫镍负载球状NiCo_2O_4电极的制备及超级电容性能研究

采用水热法在泡沫镍上生长了球状钴酸镍(NiCo_2O_4)电极材料,利用扫描电镜(SEM)观测了纳米球的表面形貌,利用X射线衍射(XRD)分析了纳米球的结构,通过循环伏安、恒流充放电测试了电极的超级电容性能。结果表明:球状NiCo_2O_4直径500~600nm,均匀生长在泡沫镍骨架上,球状之间存在空隙,可以增大与电解液的接触面积。在电流密度为1A/g,NiCo_2O_4/泡沫镍复合电极放电比电容为970F/g,循环1000次后比电容仍保持在844F/g,放电比容量保持率为82.5%,具有优异的超级电容性能。     

NiFeZn-OH纳米片网络阵列与多层次多孔NiZn/Ni异质结协同耦合实现高效全水分解（英文）

开发高效、经济的析氧反应(OER)和析氢反应(HER)电催化剂,在绿色和清洁氢能方面具有广阔的应用前景.本工作中,我们在泡沫镍负载的多层次多孔Ni Zn金属间化合物/Ni异质结上原位构筑Ni Fe Zn氢氧化物纳米片阵列(Ni Fe Zn-OH/Ni Zn-Ni/NF)用作高效的OER和HER电催化剂.首先,在泡沫镍表面构筑一层双峰多孔Ni Zn金属间化合物/Ni,获得最大程度的催化位点暴露,然后与Fe Cl₃氧化还原反应生长牢固的Ni Fe Zn-OH纳米片阵列.由于Zn掺杂、多界面工程以及三维一体化导电骨架的协同效应, Ni Fe Zn-OH/Ni Zn-Ni/NF对于OER和HER显示出低的过电势,在电流密度为5 0/6 0 0 m A c m^-2时分别约为235/284 m V和73/212 m V,其Tafel斜率分别为46.1和41.1 m V dec^-1,在碱性介质中显示出高的催化耐久性.作为双功能催化剂, Ni Fe Zn-OH/Ni Zn-Ni/NF在全水分解中达到20 m A cm^-2     

冷冻界面聚合法制备聚吡咯@UIO-66复合织物电极及其电化学性能研究

通过原位溶剂热反应将锆-金属有机框架(UIO-66)沉积在棉布上,并采用冷冻界面聚合法聚合聚吡咯(PPy)从而获得PPy@UIO-66@棉复合织物电极材料。通过扫描电镜、红外光谱、循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗等手段对该复合织物电极的形貌结构和性能进行了表征。结果表明：利用该织物电极组装的超级电容器在电流密度为1.6mA/cm²条件下面积比电容为3888mF/cm²(相应的质量比容量为410.4F/g),经过1000个充放电循环后比电容保持率为73%。     

基于煤萃取物的类石墨状多孔炭的制备及其电容性能研究

以褐煤萃取物为炭前驱体, MgO为阻隔剂, KOH为活化剂, 在800℃惰性气氛下制备出类石墨状多孔炭材料。对该多孔炭材料进行了红外(FTIR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和拉曼(Raman)表征。以活化前和活化后多孔炭为电极材料, 利用循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗对其进行了电化学电容性能评价和比较。结果表明: 活化后炭材料呈现多孔的薄膜状, 比表面积高达1396 m²/g, 而活化前炭材料比表面积仅为138.4 m²/g。当电流密度为1 A/g和4 A/g时, 活化后炭材料比电容分别为533 F/g和390 F/g; 而活化前炭材料对应的比电容为366 F/g和198 F/g。在电流密度为5 A/g下循环8000圈后, 活化前后炭材料的电容保持率分别为72.5%和89.6%。可见, 经过KOH活化后的炭材料比电容和电化学稳定性有了显著提高。该研究证明阻隔剂和活化剂的使用, 能够获得高度柔性的高电容性能的类石墨状多孔炭。     

己二酸/酚醛树脂共聚炭化制备多孔炭材料及其电性能研究

以酚醛树脂(PF)为炭前驱体, 己二酸(DA)为致孔链段, 利用聚合物共聚炭化法制备双电层电容器用多孔炭材料. 通过红外和热重分析证实己二酸与酚醛树脂发生了化学反应, DA以链段或支链的形式存在于酚醛树脂固化体系中, 并在后续炭化过程中热解逸出. 氮气吸附分析表明酚醛树脂固化体系中的DA起到了一定的造孔作用, 随着DA加入量增加, 多孔炭比表面积先增大后减小, 当w(PF)/w(DA)=3:1时所得多孔炭的比表面积为550 cm²/g, 孔容为0.27 cm³/g. 采用直流充放电法、交流阻抗法和循环伏安法测定以上述多孔炭为电极材料的双电层电容器的电化学性能, 结果表明: w(PF)/w(DA)=3:1时制得的多孔炭电极在30% KOH电解液中比电容为145 F/g, 电流密度增大50倍, 比电容保持率达到70 %.     

硫模板法制备多孔石墨纳米笼及其性能表征

本文研究出一种利用硫模板制备多孔石墨纳米笼的方法, 其核心为利用空气氧化将石墨层中掺杂的硫除去并在原位产生纳米孔洞。硫的掺杂是在碳包裹铁纳米核壳颗粒制备中同时进行的, 随后将其中铁基内核除去即得硫掺杂的石墨纳米笼。将其中的硫除去后, 石墨纳米笼的比表面积(由540 m²/g提高至850 m²/g)和介孔孔容(由0.44 cm³/g提高至0.9 cm³/g)均有显著提高。与传统制备多孔石墨纳米材料的方法相比, 本方法在显著提高材料比表面积的同时未对纳米笼的石墨化结构有明显破坏。     

泡沫镍上生长的具有三明治纳米结构的MnCo2O4@NiCoMnS4用于高性能水系非对称超级电容器(英文)

本文介绍了一种由水热生长的MnCo₂O₄ (MCO)纳米线以及随后电沉积的NiCoMnS4(NCMS)纳米片组成的高性能超级电容器电极材料,即泡沫镍上生长的MCO@NCMS.由于其多孔和互联的纳米结构以及MCO和NCMS的协同效应,在1 mA cm^-2处实现了12,020.8 mF cm^-2的高电容,并展现出良好的倍率性能以及循环稳定性.电化学测试表明,组装成的水性非对称超级电容器在0.800 mW cm^-2的功率密度下,达到0.611 mW h cm^-2的高能量密度并具有良好的循环稳定性,即在15,000次充放电循环后,容量保持率可达90%,且保持100%的库仑效率.     

基于具孔型Ti3C2Tx的CNT复合纤维电极及性能

利用片层状Ti₃C₂T_x和管状CNT的材料特点,达到相互抑制自堆叠的作用。为进一步增加纤维内的离子通道,通过湿法纺丝将CNT与具有表面中孔结构的Ti₃C₂T_x纺成复合纤维,并将其作为超级电容器的电极材料。结果表明,p-Ti₃C₂T_x/CNT纤维具有良好的电化学性能,在5 mV/s的扫描速率下,纤维电极具有167.9 F/cm³的体积比电容。组装成对称型纤维超级电容器时,在电流密度为0.2 A/cm³下体积比电容为107.6 F/cm³。在电流密度为1 A/cm³时经过10 000次充放电循环后,比电容保持率可达到88.3%,并且在不同弯曲状态下也能表现出良好的电化学性能。     

掺N多孔碳/氧化镍锰和碳微纳米管的联合制备与电容性能的研究

以煤基聚苯胺为碳氮源,乙酸镍、二茂镍为催化剂前驱体,采用分段控温热解工艺和KMnO_4氧化工艺,成功实现掺N多孔碳/氧化镍锰和碳微纳米管的联合制备。分析发现,碳微米管管径在150~400nm之间,碳纳米管管径在60nm左右,壁厚约10nm。多孔碳以介孔为主,BET比表面积为801.59m~2/g,BJH平均孔径为47.87nm;并成功实现N掺杂,部分N以结晶性良好的CNx的状态存在。氧化镍锰主要以NiO的化学状态存在,伴生有NiMn_2O_4和α-MnO_2;并以纳米片的形态附着在多孔碳表面或插入在孔隙中。制备的掺N多孔碳/氧化镍锰的比电容为387.18F/g(1A/g),1 000次充放电后的比电容保持率为81.48%(5A/g)。     

NF/PDMA/MnO2-Co电容电极对低浓度Pb2+的电吸附特性

在泡沫镍基体上进行阳极电沉积制备了NF/PDMA/MnO₂-Co电极,使用FESEM-EDS、XPS和Raman谱、循环伏安和电容吸脱附测试等手段表征了复合电极的结构和评价其电容特性和对Pb²⁺的吸附行为。结果表明,在电流密度为1 mA/cm²、30℃和3 min条件下制备的NF/PDMA/MnO₂-Co复合电极,在Pb²⁺浓度为20 mg/L的模拟废水中有比较高的比电容值(208.8 F/g),对Pb²⁺有较高的吸附容量(59.9 mg/g);PDMA底层与Co掺杂MnO₂表层的协同作用提高了MnO₂电极电容和吸附性能;吸附动力学拟合表明,复合电极的吸附过程受物理、化学吸附混合控制,并受离子传质和孔隙内扩散的限制;电极的稳定性好,4次循环吸附后的吸附量仍达到51.7 mg/g。     

A two-step approach to synthesis of Co(OH)2/γ-NiOOH/reduced graphene oxide nanocomposite for high performance supercapacitors

A two-step approach was reported to fabricate cobaltous?hydroxide/γ-nickel?oxide?hydroxide/reduced graphene oxide (Co(OH)₂/γ-NiOOH/RGO) nanocomposites on nickel foam by combining the reduction of graphene oxide with the help of reflux condensation and the subsequent hydrothermal of Co(OH)₂ on RGO. The microstructural, surface morphology and electrochemical properties of the Co(OH)₂/γ-NiOOH/RGO nanocomposite were investigated. The results showed that the surface of the first-step fabricated γ-NiOOH/RGO nanocomposites was uniformly coated by Co(OH)₂ nanoflakes with lateral size of tens of nm and thickness of several nm. Co(OH)₂/γ-NiOOH/RGO nanocomposite demonstrated a high specific capacitance (745 mF/cm² at 0.5 mA/cm²) and a cycling stability of 69.8% after 1000 cycles at 30 mV/cm². γ-NiOOH/RGO//Co(OH)₂/γ-NiOOH/RGO asymmetric supercapacitor was assembled, and maximum gravimetric energy density of 57.3 W?h/kg and power density of 66.1 kW/kg were achieved. The synergistic effect between the highly conductive graphene and the nanoflake Co(OH)₂ structure was responsible for the high electrochemical performance of the hybrid electrode. It is expected that this research could offer a simple method to prepare graphene-based electrode materials.     

MgCo_(2)O_(4)海胆状电极材料的制备及其电化学性能EI北大核心CSCD

采用水热法制得一种尖晶石型MgCo_(2)O_(4)海胆状电极材料,并通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及电化学工作站对产物进行了表征和电化学性能测试。通过改变所制备材料的水热反应时间,制备出团簇结构、分布较均匀以及密集度较高的MgCo_(2)O_(4)海胆状形貌。结果表明,当水热反应时间为6 h时所获得的MgCo_(2)O_(4)电极材料结构较为完善、尺寸较为均匀、电化学性能较为优异,而且在电流密度为1 mA/cm^(2)情况下,面积比电容高达6.75 F/cm^(2)。另外,对该MgCo_(2)O_(4)海胆状材料在20 mA/cm^(2)的电流密度下循环1000周次后,面积比电容保持为原来的88.4%,表现出良好的循环性能。     

NiO/AC非对称电容器电极材料的制备及性能研究

以硫酸镍为原料、氨水为沉淀剂, 采用化学沉积法成功制备出氧化镍纳米颗粒, 分别采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析仪(TGA)、物理吸附仪等测试手段对纳米氧化镍的物相、形貌和结构进行分析和表征。结果表明, 所制得的纳米氧化镍为球形多孔颗粒, 直径大约为200 nm。其中在300℃下热处理得到的氧化镍比表面积最大, 为132 m²/g, 平均孔径为7.3 nm。将其作为正极, 活性炭作为负极, 组装成非对称电容器, 结果表明非对称电容器具有良好的电容性能和循环稳定性, 在25 mA/g电流密度下, 比电容达到1039 F/g, 充放电效率高达98%以上。     

聚酰亚胺基高比表面活性炭及其电化学性能研究

以聚酰亚胺(PI)薄膜边角料为前驱体, 采用CO₂物理活化法制备高比表面活性炭。研究了活化工艺对PI活性炭孔结构性能的影响及其活化机理, 探讨了活性炭孔结构对其电化学性能的影响。结果表明, PI薄膜可以在相对较低的温度下经CO₂活化制备出具有无定型微晶质炭结构、孔隙结构发达的活性炭, 比表面积最高可达2809 m²/g, 总孔容积达1.423 cm³/g; 通过控制CO₂活化工艺, 可实现对PI活性炭的孔道尺度与分布的调控。作为超级电容器电极材料, PI活性炭在100 mA/g条件下, 比电容高达237 F/g, 电容保持率为86%。孔径集中于0.7~2 nm, 并存在适量介孔的活性炭具有极佳的电化学性能。     

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。     

共聚炭化法制备多孔炭材料及其电容性能研究

采用酚醛树脂(PF)为热稳定聚合物, 端环氧基的聚合物(QS)为热不稳定聚合物, 利用聚合物共聚炭化法制备多孔炭。经红外光谱分析及热重分析证实, 在酚醛树脂与QS的共聚固化物中, QS链段上的环氧基与酚醛树脂链段上的酚羟基发生反应生成醚键, QS接枝到酚醛树脂的链段上。BET比表面积、孔结构和电化学性能分析表明: 在共聚固化物PF/QS的炭化过程中, QS的热解逸出能起到造孔作用, 并随着QS用量的增加多孔炭的比表面积先增大后减小。QS加入量为15%的多孔炭具有最大的比表面积609.0 m²/g、总孔容0.28 cm³/g和微孔孔容0.22 cm³/g, 与聚合物共混炭化法相比, 在相同热不稳定聚合物加入量条件下, 多孔炭的比表面积和孔容都有所提高。该多孔炭电极在30wt% KOH电解液中的比电容达177.5 F/g, 具有良好的电容特性。     

Macro- and micro-cellular porous ceramics from preceramic polymers

Macrocellular and microcellular SiOC open cell ceramic foams were fabricated from a preceramic polymer. Macrocellular foams, with a cell size ranging from about 100–600 μm and a bulk density ranging from about 0.25–0.58 g/cm³, depending on the processing parameters, were fabricated using a direct foaming approach. Microcellular foams, with a cell size of about 8 μm, were fabricated using poly(methyl methacrylate)microbeads as sacrificial templates. The bulk density ranged from about 0.31–0.48 g/cm³, depending on the amount of microbeads in the starting material. The compression strength of the foams increased with increasing relative density, and microcellular foams possessed a 2–5 times higher crushing strength than macrocellular foams of similar density.     

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。     

棉花基多孔碳材料的合成、微结构及超电性能研究

由于制备方法简单并且原料易得, 多孔碳合成广泛采用生物质材料, 并用于能源存储。以天然生物质棉花作为碳源, 通过简单的一步法制备得到氮掺杂多孔碳材料。这种多孔碳材料在碳化温度为750℃时具有480 m²/g的比表面积和6.84%的高含氮量。当用作超级电容器电极材料时, 这种碳材料显示出了良好的电容性能。在1 mol/L硫酸电解液中, 电流密度为1 mol/L时, 比电容可以达到252 F/g, 并且在循环10000圈之后仍能保留94%的原电容。这种低成本的棉花基碳材料为超级电容器应用提供了可能。