共沉淀法制备ZnMn2O4/Ag/RGO复合物及其电化学性能研究

采用共沉淀法和高温煅烧结合的方式,制备出介孔棒状结构的锰酸锌(ZnMn_2O_4,简写为ZMO),其首次放电比容量为1423mAh/g。为进一步优化ZMO的电化学性能,通过改进传统方法制备了纳米银粒子,通过Hummers法制备氧化石墨烯(GO),再利用盐平衡法,合成了Ag/GO复合物。基于共沉淀法,高温下GO被还原成还原氧化石墨烯(RGO),进而形成ZMO/Ag、ZMO/Ag/RGO复合物。纳米银粒子的添加提高了ZMO的电导率,改善了其倍率性能。GO的添加提高了ZMO的比容量且循环性能、倍率性能都有了不同程度的改善。Ag/GO复合物的添加,进一步提高了ZMO的比容量和电导率。ZMO/Ag/RGO复合物首次放电比容量高达1637mAh/g,在电流密度1000mA/g条件下,其平均放电比容量高达710mAh/g。     

钠离子电池TiO_2/还原氧化石墨烯负极材料的制备及储钠性能

由于钠离子半径比锂离子半径大70%,使得钠离子在石墨电极材料中脱嵌较困难,需要对石墨负极材料进行改性。以天然石墨为原料,采用Hummers法制备氧化石墨烯;在此基础上以钛酸丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了TiO_2前驱体/氧化石墨烯(TiO_2/GO)复合材料,通过热处理获得锐钛矿型TiO_2/还原氧化石墨烯(TiO_2/RGO)复合材料。电化学测试结果表明:TiO_2含量为15wt%的TiO_2/RGO复合材料在电流密度为20mA·g~(-1)下的首次放电比容量为74.08mAh·g~(-1),随着循环次数的增加,放电比容量逐渐增大,循环50次后达109.10mAh·g~(-1);充放电效率也呈现出逐渐增大的趋势,循环50次后达65.59%。而纯还原氧化石墨烯首次放电比容量为41.43mAh·g~(-1),循环50次后仅为20.47mAh·g~(-1)。     

还原氧化石墨烯(RGO)/硅复合材料的制备及用作锂离子电池负极的电化学性能

利用天然鳞片石墨通过改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),在碱性条件下通过超声波剥离、静电自组装、磁力搅拌和高温还原的方法合成了还原氧化石墨烯/硅(RGO/Si)复合材料。借助XRD、SEM、TEM、EDX能谱分析和比表面积分析等发现,Si颗粒均匀分布在RGO片层内。在室温下,以该复合材料作为锂离子电池负极,在不同电流密度下研究了其电化学性能。结果表明,RGO/Si复合材料(2∶1)首次循环的放电比容量为1 231 mAh/g,首次库仑效率高达90.9%,在20次循环后,可逆容量保持在452 mAh/g,库仑效率为99.2%。RGO/Si复合材料(1∶1)的RGO片层包覆Si颗粒最紧密,其复合结构最稳定,在高电流密度下容量保持率较高。     

石墨烯掺杂的纳米金属复合材料的制备及其电化学性能研究

选择改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),将GO进行高温热还原处理，形成还原氧化石墨烯(RGO),再以油酸作为表面活性剂，通过球磨法与金属氧化物正极材料LiFePO₄通过复合生成了LiFePO₄/RGO正极材料。采用XRD、TEM和电化学性能测试等手段对复合材料进行了表征。结果表明，RGO的掺杂没有影响LiFePO₄材料的晶体结构，没有产生新的产物，当RGO的掺杂量为6%(质量分数)时，复合材料中RGO和LiFePO₄分散较为均匀，形貌结构较好。随着RGO掺杂量的增加，复合材料的首次充放电比容量均先增大后减小，当RGO的掺杂量为6%(质量分数)时，复合材料的首次放电、充电比容量均达到最大值，分别为137.5和139.5 mAh/g。在0.2 C的倍率下循环30次后，6%(质量分数) RGO掺杂的复合材料的放电比容量的保持率最高可达86.1%,电荷转移电阻最小为512.70Ω,电化学性能最佳。因此可知，RGO的最佳掺杂量为6%(质量分数)。     

还原剂对Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯复合材料结构及电化学性能的影响

为研究还原剂对Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料结构及电化学性能的影响,首先以氧化石墨烯(GO)和硝酸镍作前驱体,采用水热法制备了Ni(OH)_2/RGO复合材料;然后,利用XRD、SEM和Raman光谱仪表征了复合材料的结构和形貌,并采用循环伏安法、恒流充放电曲线和电化学阻抗谱研究了复合材料的电化学性能。结果表明:以(NH2)2CSO2作还原剂时,制备的β-Ni(OH)_2/RGO复合材料为RGO纳米片与Ni(OH)_2纳米片相互插层的结构;在电解液(6mol/L KOH溶液)中,0.2C放电倍率时β-Ni(OH)_2/RGO复合材料的比容量高达341.0mAh/g,10.0C放电倍率为时复合材料的比容量为242.2mAh/g,仍能保持β-Ni(OH)_2理论比容量的83.8%。所得结论表明制备的Ni(OH)_2/RGO复合材料显现出良好的电化学性能。     

高温还原GO制备LiFePO_4/石墨烯复合正极材料及表征

通过对氧化石墨烯(GO)进行微观调控处理得到少层GO。采用喷雾干燥再高温改性的方法制备LiFePO_4/石墨烯锂离子电池复合正极材料;GO还原后即可得到石墨烯,其优良的导电性可以提高LiFePO_4的电子传输能力。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电化学测试技术等方法对复合材料的结构、形貌及电化学性能进行表征。石墨烯的复合使材料颗粒间构建空间三维导电网络,提高了电解质/电极材料界面的电荷转移速率,改善了LiFePO_4的电化学性能。电化学测试结果表明,在0.1C时LiFePO_4的放电比容量为155mAh/g,LiFePO_4/石墨烯复合材料的放电比容量为164mAh/g;1C和2C倍率时,LiFePO_4/石墨烯复合材料的放电比容量分别为140,119mAh/g。     

水热温度对Ni(OH)_2/RGO复合材料结构及其电化学性能影响

以氧化石墨(GO)和硝酸镍为原料,采用水热法制备氢氧化镍/还原氧化石墨烯(Ni(OH)_2/RGO)复合材料,通过FT-IR光谱、X射线衍射仪和扫描电镜表征了材料的形貌和结构,并采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗谱测试了复合材料的电化学性能。结果表明,当水热温度为100℃时,制备了具有α相与β相互嵌型的α/β-Ni(OH)_2/RGO复合材料。在电解液为6 mol/L的KOH溶液中,放电倍率0.2C时复合材料比容量高达388.6mAh/g,放电倍率为10C时,复合材料比容量为266.1mAh/g,比容量保持率为68.5%,显现出良好的电化学性能。     

Mn掺杂Ni(OH)2的合成及电化学性能研究

本工作采用缓冲溶液法制备Mn掺杂Ni(OH)₂(Ni_1-xMn_x(OH)₂, x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4), X射线衍射测试表明样品主要是β相, 有少量Mn₃O₄杂相; 循环伏安测试表明, x=0.2的材料还原峰积分面积最大、还原分支的峰电流最高; 恒流充放电测试表明, 在100 mA/g电流密度下, Ni_0.8Mn_0.2(OH)₂放电比容量最高, 其第20次循环放电比容量为271.8 mAh/g, 同等条件测试的商用β-Ni(OH)₂放电比容量为253.6 mAh/g; 在300、500 mA/g电流密度下, Ni_0.8Mn_0.2(OH)₂放电比容量仍保持最高, 分别为294.7、291.5 mAh/g, 而且Mn掺杂Ni(OH)₂的循环稳定性也优于商用β-Ni(OH)₂。Mn掺杂可改善镍电极的循环稳定性、降低镍电极成本, 具有广阔的应用前景。     

混合氨-碱沉淀剂制备Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯复合材料及其电化学性能

利用简单易行的化学沉淀-回流法制备了Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料,研究了不同混合氨-碱沉淀剂对复合材料电化学性能的影响。采用XRD、拉曼光谱(Raman)和SEM表征Ni(OH)_2/RGO复合材料的微观结构和形貌。当以NH_3·H_2O-NaOH作为沉淀剂时,Ni(OH)_2/RGO复合材料中β-Ni(OH)_2纳米片均匀分散在石墨烯片层之间,形成相互插层结构。利用循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学交流阻抗(EIS)测试了复合电极材料的电化学性能。研究结果表明:放电倍率为0.2C时,Ni(OH)_2/RGO复合电极材料的放电比容量达到344.8mAh/g,比β-Ni(OH)2的放电比容量高出约29%;5C时放电比容量为274.5mAh/g,经过50个循环,容量保持率为98.8%,呈现出良好的倍率性能和循环性能。     

Ni(OH)_2/RGO复合材料的化学沉淀-回流法制备和放电性能

以氧化石墨(GO)和NiSO_4·6H_2O为前驱体,氨水为沉淀剂,用化学沉淀-回流法制备Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料,用XRD、SEM表征材料的结构和表面微观形貌,用循环伏安(CV)、恒电流充放电和电化学阻抗(EIS)测试电极材料的电化学性能,研究了GO:Ni(OH)_2质量比和氨水浓度对复合材料结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明:所制备的β-Ni(OH)_2/RGO复合材料为Ni(OH)_2纳米片与RGO片相互插层的结构,当氨水的浓度为3 mol/L,GO:Ni(OH)_2=1:8(质量比)时复合电极材料在0.2C的放电比容量高达334.9 mAh/g,5C的放电比容量为260.2 mAh/g,保持在β-Ni(OH)_2理论比容量的90%,表现出良好的倍率性能和循环性能。     

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.     

Fe2O3-石墨烯-碳纳米管复合材料制备条件对载硫性能的影响

锂硫电池是传统锂离子电池最有前途的替代品之一,多硫化物的溶解和导电性差是制约锂硫电池应用的两个重要因素。通过水热法合成了Fe₂O₃-还原氧化石墨烯(RGO)-碳纳米管(CNT)复合载硫材料,并通过调节氨水浓度,实现了复合材料中Fe₂O₃的颗粒尺寸的有效调控,发现小尺寸的Fe₂O₃颗粒具有更好的吸附和催化作用。合成的Fe₂O₃-RGO-CNT-S正极材料在1 C倍率下首次放电容量为1 286 mA·h/g,循环500圈后剩余718 mA·h/g,每圈的容量衰减率为0.08%。在0.2、0.5、1、2和4 C倍率下的平均比容量为983、825、769、673和604 mA·h/g,具有良好的倍率性能。在5 C倍率下循环500次仍剩余527 mA·h/g,具有良好的大电流循环性能。Fe₂O₃-RGO-CNT-S正极材料特别适用于高性能锂硫电池,具有优异的电化学性能主要是由于R...     

Ni (OH)2-碳纳米管-还原氧化石墨烯复合材料的制备及电化学性能

利用简单易行的一步水热法制备了Ni（OH）₂-碳纳米管-还原氧化石墨烯（Ni（OH）₂-CNTs-RGO）三元复合材料,研究了不同水热反应温度对三元复合材料性能的影响。采用XRD、FTIR、Raman、X射线光电子能谱（XPS）、SEM及TEM对Ni（OH）₂-CNTs-RGO复合材料的结构和表面微观形貌进行表征。利用循环伏安（CV）、电化学交流阻抗（EIS）和恒电流充放电测试了复合电极材料的电化学性能。研究结果表明,当反应温度为120℃时,所制备的Ni（OH）₂-CNTs-RGO复合材料具有大的比表面积和三维网状结构,复合材料中六角形的β-Ni（OH）₂纳米片和CNTs均匀分散在RGO片层表面,有效阻止了RGO的团聚。Ni（OH）₂-CNTs-RGO复合电极材料在充电倍率为0.2 C时,放电比容量达到362.8 mAh/g,5 C时放电比容量为286.2 mAh/g,仍大于Ni（OH）₂在0.2 C时的放电比容量,表明CNTs与RGO的协同作用有效提高了电极材料的导电性和活性物质的利用率,最终提升了Ni（OH）₂-CNTs-RGO复合材料的倍率性能。     

Bimetallic sulfide FeS2@SnS2 as high-performance anodes for sodium-ion batteries

A novel hierarchical structure of bimetal sulfide FeS₂@SnS₂ with the 1D/2D heterostructure was developed for high-performance sodium-ion batteries (SIBs). The FeS₂@SnS₂ was synthesized through a hydrothermal reaction and a sulphuration process. The exquisite 1D/2D heterostructure is featured with 2D SnS₂ nanoflakes anchoring on the 1D FeS₂ nanorod. This well-designed FeS₂@SnS₂ provides shortened ion diffusion pathway and adequate surface area, which facilitates the Na⁺ transport and capacitive Na⁺ storage. Besides, the FeS₂@SnS₂ integrates the 1D/2D synthetic structural advantages and synthetic hybrid active material. Consequently, the FeS₂@SnS₂ anode exhibits high initial specific capacity of 765.5 mAh·g⁻¹ at 1 A·g⁻¹ and outstanding reversibility (506.0 mAh·g⁻¹ at 1 A·g⁻¹ after 200 cycles, 262.5 mAh·g⁻¹ at 5 A·g⁻¹ after 1400 cycles). Moreover, the kinetic analysis reveals that the FeS₂@SnS₂ anode displays significant capacitive behavior which boosts the rate capacity.     

自支撑氮掺杂石墨烯纸柔性电极的制备及其储锂性能的研究

以氧化石墨烯(GO)为原料,尿素为氮掺杂剂,采用固/气界面水热反应的方式,即在反应釜内将GO抽滤得到的氧化石墨烯纸(GOP)与尿素分解产生的氨蒸气相互作用,成功制备出自支撑氮掺杂石墨烯纸(NGP)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(RS)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试对样品进行形貌结构及电化学性能的表征。测试结果表明:水热条件下尿素能有效地实现氧化石墨烯纸的氮掺杂,氮掺杂量为7.89%;氮掺杂石墨烯纸在100mA/g和500mA/g的电流密度下,充放电循环100周之后,放电比容量可分别保持在288mAh/g和190mAh/g。采用改进的固/气界面水热反应法制备的氮掺杂石墨烯纸较未掺杂石墨烯纸可逆比容量提高了近2.5倍,具有良好的循环稳定性,可为制备高性能的柔性锂离子电池负极材料提供新方法。     

用于超级电容器的还原氧化石墨烯/NixMn1-x/2O2复合材料的电化学性能

MnO₂为有前景的超级电容器正极材料,具有较高的理论比电容及良好的循环稳定性,但电子电导性不佳限制了其应用。采用一步水热法制备了还原氧化石墨烯（RGO）/Ni_xMn_1-x/2O₂复合材料。通过XRD、SEM、TEM、FTIR、电化学分析等手段对制备的RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂物相组成、微观形貌和电化学性能进行了表征和分析。电化学测试结果表明：Ni元素的引入提高了MnO₂的电容性能,以水热法制备的MnO₂的比电容为66 F/g （扫描速度10 mV/s）,而Ni元素掺杂量x=0.02时,Ni_0.02Mn_0.99O₂比电容为111 F/g;材料中引入RGO后,RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂复合材料电容性能进一步提高,加入2wt%的RGO时,RGO/Ni_0.02Mn_0.99O₂的比电容为136 F/g。RGO的引入提高了活性材料的电子迁移速率,Ni元素的掺杂造成了MnO₂晶格中存在适量的点缺陷,提高了其导电性。以RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂为正极的超级电容器可同时具备双电层电容器和赝电容器的优点,以Ni掺杂MnO₂和RGO的负载协同提高了该复合材料电化学性能。     

钴钛共掺杂对LiNiO2正极材料电化学性能的影响

本文采用溶胶-凝胶法制备了钴和钛共掺杂的层状LiNi_0.82Co_0.15Ti_0.03O₂正极材料,研究了离子掺杂对LiNiO₂材料电化学性能的影响。XRD和XPS分析显示,钴和钛共掺杂可以抑制Li+和Ni2+离子在Li层的混排现象。电化学测试结果表明,钴单元素掺杂可以显著提高LiNiO₂材料的倍率性能,而钛单掺杂则提高了材料的循环稳定性。进一步地,通过钴钛共掺杂的协同作用,可以使LiNiO₂材料的倍率性能和循环稳定性同时得到极大的提高。在200 mA/g的电流密度下循环200次,LiNi_0.82Co_0.15Ti_0.03O₂材料的容量保持率高达94.4%,而未掺杂的LiNiO₂材料容量保持率仅为57.1%;且在1000 mA/g的电流密度下,放电比容量仍能维持在100 mAh/g左右。     

基于共价键作用的四氧化三铁-还原氧化石墨烯复合材料的合成及其储锂性能

采用溶剂热法制备单分散的Fe₃O₄微球, 对其表面进行包覆SiO₂和氨基化处理, 再与氧化石墨烯复合, 化学还原后得到Fe₃O₄-W-RGO复合材料。SEM和TEM照片显示, SiO₂均匀包覆在Fe₃O₄微球(直径~440 nm)表面形成Fe₃O₄@SiO₂核壳微球, 紧密束缚于RGO纳米片表面。XRD测试结果表明Fe₃O₄微球结晶度好、纯度高。电化学性能测试结果表明: 在0.01~3.00 V电压范围和0.1C倍率下, Fe₃O₄-W-RGO复合材料的首次放电容量为1246 mAh/g, 100次循环后保持830 mAh/g; 在2C倍率下放电容量达到484 mAh/g, 具有较好的倍率性能和循环性能。     

FeS2@C nanorods embedded in three-dimensional graphene as high-performance anode for sodium-ion batteries

FeS₂ has drawn tremendous attention as electrode material for sodium-ion batteries (SIBs) due to its high theoretical capacity and abundant resources. However, it suffers from severe volume expansion and dull reaction kinetics during the cycling process, leading to poor rate capacity and short cyclability. Herein, a well-designed FeS₂@C/G composite constructed by FeS₂ nanoparticles embedded in porous carbon nanorods (FeS₂@C) and covered by three-dimensional (3D) graphene is reported. FeS₂ nanoparticles can shorten the Na⁺ diffusion distance during the sodiation–desodiation process. Porous carbon nanorods and 3D graphene not only improve conductivity but also provide double protection to alleviate the volume variation of FeS₂ during cycling. Consequently, FeS₂@C/G exhibits excellent cyclability (83.3% capacity retention after 300 cycles at 0.5 A·g⁻¹ with a capacity of 615.1 mA·h·g⁻¹) and high rate capacity (475.1 mA·h·g⁻¹ at 5 A·g⁻¹ after 2000 cycles). The pseudocapacitive process is evaluated and confirmed to significantly contribute to the high rate capacity of FeS₂@C/G.