胆酸钴凝胶超分子自模板法制备一维纳米α-Co(OH)2及其电化学电容行为

以Co(NO₃)₂•6H₂O和胆酸钠溶液混合制备了超分子自组装凝胶纳米纤维, 以此凝胶纳米纤维为自模板, NH₃•H₂O为沉淀剂, 在温和条件下制备了纳米α-Co(OH)₂。X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)测试表征了其组成和微观结构。实验结果表明所得材料为纯相一维纳米纤维交错形成疏松网状结构的α-Co(OH)₂, 其直径在100~200 nm之间。用循环伏安和恒电流充放电等测试方法对α-Co(OH)₂电化学电容行为进行了研究, 结果表明: 所得α-Co(OH)₂在6 mol/L KOH溶液中, 0~0.5 V(vs Hg/HgO)电位范围内, 电流密度为1 A/g时, 其单电极比容量达到1200 F/g, 经过800周循环, 比容量稳定保持在初始容量的75%。其独特的纳米结构使其易于浸入电解液, 具有快速的电化学响应特性, 提高了电极材料的有效利用率, 这种自模板法为制备纳米电容器电极材料提供了简易的途径。     

模板法制备结构可控纳米材料的研究进展

综述了模板法制备结构可控纳米材料的研究进展,讨论了模板法可控制备纳米材料的原理及高度有序自组装的纳米多孔Al2O3模板的形成机理.重点介绍了纳米材料的可控制备方法,主要包括纳米多孔Al2O3模板法、聚合物模板法和生物模板法.其中纳米多孔Al2O3模板法又分为电化学纳米多孔Al2O3模板合成法和电化学诱导的溶胶-凝胶方法等.根据材料的物化性能,选用适合的模板,采用合理的工艺路线,可以制备出结构可控的纳米材料.     

模板法制备一维聚合物纳米材料的研究进展

一维聚合物纳米材料具有特殊的结构和性能，在纳米器件、药物释放、纳米传感器等方面有应用前景。采用模板法可以制备结构可控、排列规整的一维聚合物纳米材料。通常选用具有纳米孔洞的多孔膜作模板，通过在模板孔洞中进行电化学或化学聚合，或将聚合物的溶液或熔体引入孔洞中进行制备。文中综述了近年来采用模板法制备一维聚合物纳米材料的研究进展。     

CuO/CuxSy八面体核壳结构的合成及其电化学性能EI北大核心CSCD

在室温下通过离子交换过程,快速制备双壳层中空氧化铜/硫化铜(CuO/CuxSy)八面体材料.通过调节硫化时间,双壳层中空CuO/CuxSy八面体的形貌和硫化物/氧化物组成发生改变,进而影响其电化学性能.通过XRD,SEM,TEM和XPS对该八面体的形貌结构进行测试分析.测试表明该中空结构具有相互交叉的CuxSy纳米片构成的外壳和位于八面体内部的CuO核层部分.双壳层中空CuO/CuxSy八面体的独特结构和CuO,CuxSy之间的协同效应有利于材料的电化学过程.当硫化时间为6 h时双壳层中空CuO/CuxSy八面体在1 A·g^-1的电流密度下具有高达413.6 F·g^-1的比电容,并且其在20 A·g^-1的电流密度下具有较好的倍率性能和循环稳定性.     

静电纺丝法制备壳聚糖/聚乙烯醇基复合碳纳米纤维及其电化学性能

本工作观察并研究了不同碳化温度下制备的静电纺丝壳聚糖/聚乙烯醇基复合碳纳米纤维膜用作超级电容器电极材料时的电化学性能。通过SEM、XRD、Raman等技术对不同碳化温度得到的碳纳米纤维膜进行结构表征,利用循环伏安法(CV)和恒电流充电/放电(GCD)等电化学技术对不同碳化温度得到的碳纳米纤维膜进行电化学性能测试。结果表明,碳化温度为700℃时所制备的复合碳纳米纤维具有较好的电化学性能,在电流密度为1 A/g时放电比电容高达215 F/g,且循环4 000次后容量保持率几乎高达100%,表现出较高的放电比电容和较好的循环稳定性。     

木质素基模板炭的制备及电化学性能

以造纸黑液碱木质素为碳前驱体、硅藻土为模板,采用高温烧结和水热活化制备有序排列的硅藻土模板炭.利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(RS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等对其进行分析与表征,并通过测试恒电流充放电、循环伏安法、交流阻抗、循环寿命等来研究其电化学性能.结果表明:所制备的模板炭生长在硅藻土的孔隙中,呈现出中空管状结构.当木质素/硅藻土质量比为1:1,将其于900℃烧结2 h后,再通过180℃水热反应活化10 h,制备的模板炭电极材料具有较好的电化学性能.在电流密度为0.5 A/g时,该材料的质量比电容可达207.65 F/g;而在电流密度为2 A/g时,经过5000次循环充放电后,其比电容保持率仍达到95.4％,这表明所制备的木质素基模板炭材料具有良好的电化学性能.     

MnO_2/TiO_2复合物电极的制备及超级电容性能

采用水热法在阳极氧化的TiO_2纳米管阵列上修饰MnO_2,制备MnO_2/TiO_2复合物电极,并组装为对称超级电容器。利用FESEM、TEM、XPS和电化学工作站对样品的表面形貌、元素价态和电化学性能进行表征。结果表明:MnO_2以纳米颗粒形态均匀分布在TiO_2纳米管阵列管口和内部,充放电电流密度在1A/g下时,比电容为429.3F/g,经5 000次循环后的电容保持率为82.4%。MnO_2/TiO_2对称超级电容器在电流密度5A/g下充放电比电容为39.9F/g,经5 000次循环后的电容保持率为91.5%;功率密度400 W/kg下,能量密度为18.98 Wh/kg。阳极氧化的TiO_2纳米管阵列既可做MnO_2的载体,基底Ti又可做集流体,减轻了超级电容器的质量,为制备超级电容器提供了一种思路。     

纳米MoS2及MoS2-RGO纳米复合材料的制备与电化学性能研究

高性能电极材料的开发是推广新型储能器件的核心所在。二硫化钼(MoS_2)呈现类石墨烯结构,其二维层间具备良好的电荷储存能力。然而MoS_2本身导电性能较差,用于电极材料时需要与其它材料复合以提升导电性能。采用水热法,并分别选用抗坏血酸和硫脲作还原剂,制备得到两种不同形貌结构的纳米二硫化钼。以石墨烯为模板,采用水热法在石墨烯表面生长纳米结构MoS_2,制备得到二硫化钼-还原氧化石墨烯(MoS_2-RGO)纳米复合材料,通过循环伏安测试(CV)和恒电流充放电测试(CP)考察了复合材料的电化学性能。实验结果表明,MoS_2-RGO纳米复合材料呈现平面双电层电容性能,电流密度为1 A/g时,其比电容值达136.2 F/g。     

LiFePO4空心微球的合成及电化学性能

采用溶剂热法制备了LiFePO4空心微球。通过X射线衍射、红外、扫描电子显微镜、恒电流充放电测试等方法对样品进行结构表征和电化学性能测试。结果表明当n(C6H8O7):n(Fe2+)=1.5∶1,丙三醇-水溶剂(V/V=1∶2)中180℃反应48h时可以得到纳米片自组装成的空心微米球。室温下以0.1C倍率恒流充放电,第2次放电比容量为102.7mAh.g-1,30次循环后放电容量衰减很少。     

中空Cu_7S_4纳米立方的制备及其电化学电容性能

本文以化学沉淀法制备出立方体Cu_2O,以Cu_2O为模板用水热离子交换法制备出纳米Cu_7S_4。利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对Cu_7S_4进行测试,结果显示Cu_7S_4具有中空立方体结构,平均尺寸在550nm左右。使用三电极体系,采用循环伏安法、恒流充放电、电化学阻抗谱和循环稳定性分析研究了Cu_7S_4的电化学性能。测试结果表明,当电流密度为1A·g~(-1)时,Cu_7S_4的比电容为275F·g~(-1)。在电流密度为4A·g~(-1)时,Cu_7S_4循环1000次仍能保留94.8%的比电容,展示出良好的循环性能。     

高性能锂离子电池正极Calix[6]quinone（英文）

有机醌类化合物因其具有高的理论容量值而引起了人们的广泛关注.本文合成了一种新型的环状大分子Calix[6]quinone(C6Q),它由6个对苯醌单元组成,可提供12个电化学位点,是一种极具发展前景的锂离子正极材料.C6Q在0.1 C的电流密度下展示了高达423 mA h g^-1的初始放电比容量(理论放电比容量为447 mA h g^-1).经过100圈充放电循环之后,它的容量保持在216 mA h g^-1;经过300次循环之后,仍然拥有195 mA h g^-1的高容量.C6Q具有高容量和宽的电化学窗口,因此可以提供高达1201 W h kg^-1的能量密度.此外,使用有序介孔碳CMK-3固载C6Q的方法可以进一步提高C6Q的电化学性能.     

Sustainable Solid‐State Supercapacitors Made of 3D‐Poly(3,4‐ethylenedioxythiophene) and κ‐Carrageenan Biohydrogel

3D‐Poly(3,4‐ethylenedioxythiophene) (PEDOT) electrodes are prepared using the multi‐step template‐assisted approach. Specifically, poly(lactic acid) nano‐ and microfibers collected on a previously polymerized PEDOT film are used as templates for PEDOT nano‐ and microtubes, respectively. Morphological analysis of the samples indicates that 3D‐PEDOT electrodes obtained using a low density of templates, in which nano‐ and microtubes are clearly identified, exhibit higher porosity, and specific surface than conventional 2D‐PEDOT electrodes. However, a pronounced leveling effect is observed when the density of templates is high. Thus, electrodes with microtubes still present a 3D‐morphology but much less marked than those prepared using a low density of PLA microfibers, whereas the morphology of those with nanotubes is practically identical to that of films. Electrochemical studies prove that solid supercapacitors prepared using 3D‐PEDOT electrodes and κ‐carrageenan biohydrogel as electrolytic medium, exhibit higher ability to exchange charge reversibly and to storage charge than the analogues prepared with 2D‐electrodes. Furthermore, solid devices prepared using 3D‐electrodes and κ‐carrageenan biohydrogel exhibit very similar specific capacitances that those obtained using the same electrodes and a liquid electrolyte (i.e., acetonitrile solution with 0.1 M LiClO₄). These results prove that the success of 3D‐PEDOT electrodes is independent of the electrolytic medium.

     

High‐Performance Asymmetric Supercapacitors Based on Multilayer MnO2/Graphene Oxide Nanoflakes and Hierarchical Porous Carbon with Enhanced Cycling Stability

In this work, MnO₂/GO (graphene oxide) composites with novel multilayer nanoflake structure, and a carbon material derived from Artemia cyst shell with genetic 3D hierarchical porous structure (HPC), are prepared. An asymmetric supercapacitor has been fabricated using MnO₂/GO as positive electrode and HPC as negative electrode material. Because of their unique structures, both MnO₂/GO composites and HPC exhibit excellent electrochemical performances. The optimized asymmetric supercapacitor could be cycled reversibly in the high voltage range of 0–2 V in aqueous electrolyte, which exhibits maximum energy density of 46.7 Wh kg^?1 at a power density of 100 W kg^?1 and remains 18.9 Wh kg^?1 at 2000 W kg^?1. Additionally, such device also shows superior long cycle life along with ～100% capacitance retention after 1000 cycles and ～93% after 4000 cycles.     

A novel hierarchically carbon foam templated carbon nanotubes/polyaniline electrode for efficient electrochemical supercapacitor

In this work, a high-performance electrode material has been fabricated by the incorporation of carbon nanotubes (CNTs) and polyaniline (PANI) on a carbon foams (CF) to improve its electrochemical performance. The microstructure and performance of as-prepared material was characterized in detail. Results showed that the resultant material exhibited a high gravimetric capacitance up to 467.1?F g^?1, higher energy density of 104. 2?Wh kg^?1 and power density of 3000?W kg^?1 at a current density 3?A g^?1 when the electrochemical doping time of PANI equals to 20?min. Furthermore, it appeared a good cycling stability with capacitance retention of 94.5% after 10000 cycles. The enhanced electrochemical performance can be attributed to the unique carbon nanostructure and synergistic effects of active materials CNTs and PANI. It indicates that this novel CF/CNTs/PANI-20 composite is a promising candidate for electrochemical capacitors.     

椰壳活性炭基超级电容器的研制与开发

为了开发体积小巧、大功率放电性能优良的超级电容器,选用比表面积1 660m2/g的椰壳活性炭,采用扣式电池结构,通过恒电流充放电、电化学阻抗谱、扫描电子显微镜等方法对其用于超级电容器的性能进行了考察。结果表明,选用椰壳活性炭的最大比容量为79F/g,大功率放电性能优良。继而采用该种椰壳活性炭为电极活性物质,以6m o l/L KOH为电解液,外包装采用涂覆防腐蚀尼龙层的铝箔袋软包装组装了1V、70F的超级电容器,外形尺寸为35mm×43mm×6mm。测试结果表明其比功率密度为170W/kg或330W/L,比能量密度1W h/kg,大功率放电特性较好。     

钠离子电池无粘结剂二氧化钛负极材料的合成

作为电池的重要组成部分,电极材料直接影响电池的能量密度。电极材料在制作过程中往往会添加粘结剂以稳定极片结构,但粘结剂的加入会降低电极材料的比容量,影响其离子迁移速率。通过在经水热反应刻蚀的钛箔/网上原位生长二氧化钛(TiO 2)得到无粘结剂TiO 2/Ti纳米线阵列电极,并系统地研究不同钛基底及水热反应温度对TiO 2/Ti纳米线阵列电极物理性能和电化学性能的影响。结果表明,不同钛基底及水热反应温度均对生长的TiO 2纳米线的形貌和电化学性能有重要影响。其中通过220℃水热反应生长在钛网(0.15 mm)上的TiO 2纳米线呈蛛网状,具有较大的比表面积,属于锐钛矿型TiO 2,储钠过程主要由赝电容效应控制,且具有优秀的电化学性能:首周放电比容量为986 mAh g^-1,库伦效率为21.7%;随后放电比容量逐渐稳定在240 mAh g^-1左右;循环200周后放电比容量仍能达到228 mAh g^-1,库伦效率稳定在99.3%左右;即使在3200 mA g^-1的超大电流密度下,放电比容量仍能达到152 mAh g^-1。无粘结剂电极材料极大可以有限地提升电极材料的比容量,对未来高能量密度电池体系的设计具有一定的理论意义和参考价值。     

Metal-organic framework derived hierarchical NiCo2O4 triangle nanosheet arrays@SiC nanowires network/carbon cloth for flexible hybrid supercapacitors

To overcome the disadvantages of traditional powder electrodes,such as the insufficient performance,the aggregation of active materials,and the complex fabrication process,rationally constructing free-standing electrode materials with hierarchical architecture is an effective and promising method,which could further improve the electrochemical properties.Herein,using metal-organic framework nanoar-rays (MOFNAs) as self-sacrificial templates and SiC nanowires (SiCNWs) network as nanoscale conductive skeletons,we successfully fabricated the hierarchical core-shell SiCNws@NiCo2O4NAs on carbon cloth (CC)substrate.Taking advantages of structural merits,such as hierarchical porous triangle-like NiCo2O4NAs,the interwoven SiCNWs network and conductive CC substrate,when evaluated as a binder-free superca-pacitor electrode,the CC/SiCNWs@NiCo2O4NAs shows a high specific capacitance of 1604.7 F g-1 (specific capacity of 222.9 mA h g-1) at 0.5 A g 1,good rate performance,and excellent cycling stability.Signifi-cantly,the hybrid supercapacitor assembled with CC/SiCNWs@NiCo2O4NAs as the cathode and MOF derived CC/SiCNWs@CNAs as the anode,could deliver a high specific density of 49.9 W h kg-1 at a specific power of 800 W kg-1,stable cycling performance,and good flexibility.Impressively,this feasible strategy for fabricating hierarchical structure displays great potential in the field of energy storage.     

Mineral‐Templated 3D Graphene Architectures for Energy‐Efficient Electrodes

3D graphene networks have shown extraordinary promise for high‐performance electrochemical devices. Herein, the chemical vapor deposition synthesis of a highly porous 3D graphene foam (3D‐GF) using naturally abundant calcined Iceland crystal as the template is reported. Intriguingly, the Iceland crystal transforms to CaO monolith with evenly distributed micro/meso/macropores through the releasing of CO₂ at high temperature. Meanwhile, the hierarchical structure of the calcined template could be easily tuned under different calcination conditions. By precisely inheriting fine structure from the templates, the as‐prepared 3D‐GF possesses a tunable hierarchical porosity and low density. Thus, the hierarchical pores offer space for guest hybridization and provide an efficient pathway for ion/charge transport in typical energy conversion/storage systems. The 3D‐GF skeleton electrode hybridized with Ni(OH)₂/Co(OH)₂ through an optimal electrodeposition condition exhibits a high specific capacitance of 2922.2 F g⁻¹ at a scan rate of 10 mV s⁻¹, and 2138.4 F g⁻¹ at a discharge current density of 3.1 A g⁻¹. The hybrid 3D‐GF symmetry supercapacitor shows a high energy density of 83.0 Wh kg⁻¹ at a power density of 1011.3 W kg⁻¹ and 31.4 Wh kg⁻¹ at a high power density of 18 845.2 W kg⁻¹. The facile fabrication process enables the mass production of hierarchical porous 3D‐GF for high‐performance supercapacitors.     

赝电容氮掺杂碳包覆Fe1-xS有效促进低温钠存储性能（英文）

近年来,构筑适用于宽温度范围的钠离子电池负极材料越来越引起人们的研究兴趣.Fe1-xS作为一种典型的零带隙材料,由于其低的成本和高的理论比容量,被认为是钠离子电池理想的负极材料.本文以室温合成的Fe金属有机骨架(Fe-MOF)为前驱体,借助硫化处理制备了木耳状氮掺杂碳包覆的Fe1-xS化合物(Fe1-xS@NC).Fe1-xS@NC独特的木耳状结构可以很好地缩短电荷扩散路径,显著提高离子/电子电导率,促进反应的动力学过程.该Fe1-xS@NC电极在8000 mA g^-1的高电流密度下展示了高达510.2 mA h g^-1的理想比容量.即使在0和-25°C的工作环境中,该电极在2000 mA g^-1的电流密度下仍能分别保持387.1和223.4 mA h g^-1的可逆比容量,证实了该电极在严苛温度下的潜在应用.更值得注意的是,由Fe1-xS@NC负极和Na3V2(PO4)2O2F正极组装的全电池在0.3和3.8 V之间同样呈现了出色的倍率容量(在2000 mA g^-1电流密度下的可逆容量为186.8 mA h g^-1)和优异的循环性能(在700 mA g^-1电流密度下、经过100个循环后可维持183.6 mA h g^-1可逆容量).定量动力学分析进一步证实该电极是电容行为为主的电荷存储,这种特质可加速电极电化学动力学反应过程,从而赋予Fe1-xS@NC优异的电化学性能.     

N型多孔硅/镍微米管复合材料的制备及其磁性能研究

通过背光照辅助电化学腐蚀的方法, 在N型轻掺杂的(100)单晶硅上制备了多孔硅模板。模板孔端口呈类正方形结构, 孔边长约为2 μm, 孔深约50 μm。然后在制备的N型多孔硅模板中电沉积制备了磁性镍微米管。与绝缘性AAO模板中金属从孔底部开始生长不同, 在半导体性质的N型多孔硅模板中, 镍沿着孔壁均匀生长, 并随着沉积时间的延长, 由颗粒状逐渐生长为微米管, 镍的晶型没有发生变化。由于镍微米管的缺陷和晶界比镍颗粒更少, 畴壁位移更容易, 所以具有更小的矫顽力。同时受强烈的退磁能影响, 外加磁场在垂直和平行镍微米管方向时测得的磁滞回线表现出明显的磁各向异性。