聚苯胺炭柱撑石墨烯复合材料的制备及其电化学性能的研究

通过真空抽滤诱导自组装及热解还原处理, 制备出具有柱撑结构的聚苯胺炭/石墨烯复合材料(PGR)。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线电子能谱(XPS)和电化学测试等表征技术考察了聚苯胺单体(AN)与氧化石墨烯(GO)质量比对PGR结构和电化学性能的影响。结果表明, 聚苯胺炭均匀分布在石墨烯(GR)片层间形成三维导电网络, 有效地增大了GR的层间距, 且实现了氮掺杂, 显著提高了GR的结构稳定性和电化学性能; AN与GO质量比为1 : 1时制备的样品PGR1在100 mA/g电流密度下的首次脱锂比容量为653 mAh/g, 当电流密度增大至1 A/g时, 仍具有高达343 mAh/g的脱锂比容量, 远高于GR的脱锂比容量(101 mAh/g), 表现出优异的倍率性能。     

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。     

利用微量碳纳米管与石墨烯协同包覆提高LiCoO2正极材料的性能

采用高温固相法制备钴酸锂(LiCoO2)正极材料,将碳纳米管(CNTs)、氧化石墨烯(GO)与LiCoO2超声分散,经喷雾干燥和高温还原后,氧化石墨烯被还原成石墨烯(GR),最终得到均匀分散的碳纳米管/石墨烯/钴酸锂(CNTs/GR/LiCoO2)复合正极材料.实验采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及电化学测试等方法,对材料的结构、形貌和电化学性能进行表征.实验结果表明,碳纳米管与石墨烯交替分散在LiCoO2颗粒表面,形成三维分层纳米级导电网络,能有效防止复合材料的团聚,与纯LiCoO2、GR/LiCoO2、CNTs/LiCoO2相比,CNTs/GR/LiCoO2复合材料表现出更优异的电化学性能,在0.5C时放电比容量为171.28 mAh/g,循环100次后放电比容量为154.50 mAh/g,容量保持率为90.24％,5C大倍率下放电比容量达到143.60 mAh/g.     

可溶性淀粉/三维氮掺杂石墨烯电化学性能研究

采用Hummers法制备氧化石墨烯(GO),再以GO为前驱体,尿素为掺杂剂,通过绿色、经济、简便的水热法制备了氮掺杂石墨烯;采用水热法,以尿素为掺杂剂,并加入可溶性淀粉,制备了三维氮掺杂石墨烯。加入可溶性淀粉后形成的三维结构进一步提高了氮掺杂石墨烯的电化学性能。可溶性淀粉/三维氮掺杂石墨烯复合材料修饰的电极,表面电化学反应迅速,电子转移过程主要受扩散过程控制。在GO/可溶性淀粉(质量比)为2∶1时,制备的可溶性淀粉/三维氮掺杂石墨烯具备良好的电化学稳定性,且电子迁移速率优异。     

原位聚合制备PANI/GO复合材料及其电化学性能研究

利用原位化学氧化聚合的方法制备了聚苯胺/氧化石墨烯(PANI/GO)复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及红外光谱(IR)等方法对其结构和形貌进行了表征。利用自制的PANI/GO复合材料作为电极材料分别组装了超级电容器及锂离子电池,并对其电化学性能进行了测试。结果表明,GO在不同的电化学器件中均能够明显改善PANI的电化学性能。以PANI/GO作为超级电容器电极材料,放电时其比电容达413.28F/g,高于纯PANI的322.56F/g,1 000次循环后,容量保持率为70%。以PANI/GO作为锂离子电池正极材料,0.1C下首次放电比容量达104.4mAh/g,50次循环后,容量未见衰减。     

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。     

二次水热法制备鸟巢状TiO2/Co3O4纳米结构及其锂电性能

以TiO_2粉末和NaOH为原料,在机械外力场作用下,采用水热法制备TiO_2纳米线。随后将得到的TiO_2纳米线与六水合硝酸钴(Co(NO_3)_2·6H_2O)和尿素(Urea)共同水热反应制备TiO_2/Co_3O_4纳米结构材料。分别利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电池充放电测试仪和电化学工作站等,对材料的相组成、微观形貌、锂电性能和阻抗性能进行测试。结果表明,TiO_2/Co_3O_4纳米复合材料为鸟巢状结构,其在33.5mA/g电流密度下恒电流充放电的首次放电容量为777mAh/g,充电容量为759mAh/g,100次循环后的可逆容量仍保持在663mAh/g,具有良好的循环稳定性和电化学特性。     

碳纳米管与石墨烯协同改性天然石墨及其电化学性能

以碳纳米管和氧化石墨烯为原料,二者按5∶3混合超声分散再高温还原制备碳纳米管/石墨烯/天然石墨(CNTs/rGO/NG)锂离子复合负极材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和电化学测试等分析技术对复合材料的形貌、结构、电化学进行表征。结果表明:石墨烯和碳纳米管在天然石墨表面形成三维立体网络结构。与纯天然石墨相比,CNTs/rGO/NG复合材料具有良好的倍率性能和循环寿命,在0.1C时首次放电比容量为479mAh/g,可逆容量达473mAh/g,循环100次后容量为439.5mAh/g,容量保持率为92%,在0.5,1,5C不同电流倍率时容量依次为457,433,394mAh/g。     

聚苯胺纳米纤维/石墨烯复合物的制备及其电化学性能

以氧化石墨烯(GO)为基体,采用界面聚合法制备了聚苯胺纳米纤维/氧化石墨烯的复合物(PA-NI/GO),经水合肼还原和APS再氧化得到聚苯胺纳米纤维/石墨烯复合物(PANI/GR)。用FT-IR、UV-Vis、XRD、SEM和TEM对复合物的结构和形貌进行表征,结果表明氧化石墨烯不仅为苯胺提供了聚合的基体,同时对聚苯胺有掺杂作用,聚苯胺纤维夹在片状石墨烯之间呈现"三明治"结构。通过循环伏安和恒流充放电测试发现,PANI/GR复合材料表现出双电层电容和法拉第赝电容双重特点,受协同效应的作用,在电流密度为400mA/g时,比容量高达460F/g,呈现出优异的电化学活性。     

微波法合成Ni(OH)_2/RGO复合材料及其电化学性能研究

利用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),以GO为碳源、Ni(NO_3)_2为镍源、尿素为沉淀剂,采用微波二甲基亚砜溶剂法一步成功合成α-Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯(α-Ni(OH)_2/RGO)复合电极材料,研究了不同微波功率、不同GO与Ni(OH)_2质量比对复合材料性能的影响。采用X射线衍射和扫描电镜测试其结构、表面微观形貌;利用恒电流充放电技术对其电化学性能进行研究。结果表明:α-Ni(OH)_2在石墨烯片层上形核长大,当微波功率为600W,GO∶Ni(OH)_2=1∶6(质量比)时,0.2C放电比容量可以达到326.7mAh/g,从0.2C到5C,放电比容量仅下降了15.6%,显示了高的容量保持率和循环稳定性。     

表面活性剂对纳米SnO2负极材料形貌结构及电化学性能的影响

为了提高SnO_2负极材料的电化学性能,本文以锡酸钠为原料、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、尿素、十二烷基硫酸钠(SDS)分别作为表面活性剂,采用水热法制备了具有纳米结构的SnO_2负极材料.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电化学测试仪测试了材料的形貌、结构和电化学性质.结果表明,使用不同表面活性剂,可获得不同形貌的纳米结构,并且对材料的电化学性能有较大的影响.当尿素作表面活性剂时,获得了分散较好的球形材料,在0.01~3.0 V,以200 mA/g进行充放电测试,首次放电容量2 256.6 mAh/g,经过50次循环后,放电容量保持在440 mAh/g,表现了较好的循环性能.     

锰氧化物/石墨烯复合材料作为锂离子电池负极的研究

以天然石墨为原料,采用改进的Hummers法合成含Mn的氧化石墨;400℃条件下氢气还原制备了锰氧化物/石墨烯复合材料。利用XRD、SEM和TEM对所制备的复合材料进行了表征。结果表明锰氧化物(MnOx)颗粒均匀地分布在石墨烯片层表面。将复合材料作为锂离子电池负极进行研究,在50mA/g电流密度下,首次库伦效率为70.4%,可逆容量达876mAh/g,并且具有良好的循环性能,在30次循环后仍保持在700mAh/g以上。     

FeS2/RGO纳米复合材料的制备及热电池放电性能

以氯化亚铁、硫代硫酸钠和氧化石墨烯(GO)为原料, 采用水热法制备FeS₂/还原氧化石墨烯(RGO)纳米复合材料, 并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度分布仪和差热分析仪(DTA)等对FeS₂/RGO复合材料进行了表征。结果表明, 在水热反应过程中加入GO可以防止FeS₂颗粒的团聚, 使FeS₂形成疏松的球状颗粒。采用LiCl-KCl电解质, 在450℃以100mA/cm²电流密度放电时, 截止1.5 V时, FeS₂/RGO比容量为314.9 mAh/g, 较FeS₂高65.6 mAh/g; 采用LiF-LiCl-LiBr电解质, 在500℃以100 mA/cm²电流密度放电, 截止1.5 V时, FeS₂/RGO放电比容量为302.3 mAh/g, 较FeS₂高29.8 mAh/g。与FeS₂相比, 加入石墨烯提高了正极材料的导电性, 单体电池在放电过程中极化电阻相对较小, 使得FeS₂/RGO复合材料表现出较高的放电比容量。     

Synthesis of nitrogen-doped MnO/graphene nanosheets hybrid material for lithium ion batteries

Nitrogen-doped MnO/graphene nanosheets (N-MnO/GNS) hybrid material was synthesized by a simple hydrothermal method followed by ammonia annealing. The samples were systematically investigated by X-ray diffraction analysis, Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, transmission electron microscopy, and atomic force microscopy. N-doped MnO (N-MnO) nanoparticles were homogenously anchored on the thin layers of N-doped GNS (N-GNS) to form an efficient electronic/ionic mixed conducting network. This nanostructured hybrid exhibited a reversible electrochemical lithium storage capacity as high as 772 mAh g(-1) at 100 mA g(-1) after 90 cycles, and an excellent rate capability of 202 mA h g(-1) at a high current density of 5 A g(-1). It is expected that N-MnO/GNS hybrid could be a promising candidate material as a high capacity anode for lithium ion batteries.     

TiO_2-NTs/rGO复合材料的制备及电化学性能

通过碱液水热法制备TiO_2纳米管(TiO_2-NTs)前驱体,并将其与氧化石墨烯复合得到二氧化钛纳米管/还原氧化石墨烯(TiO_2-NTs/rGO)复合材料。利用X射线衍射仪(XRD),透射电子显微镜(TEM),电化学测试等分析技术对复合物进行表征。结果表明:复合物中TiO_2-NTs晶相为B型(TiO_2(B)),其管径约为25~30nm;与单纯TiO_2-NTs相比,石墨烯负载的TiO_2-NTs的倍率性能和循环性能都得到显著改善,在放电倍率为1C(335mA/g)时,TiO_2-NTs/rGO和TiO_2-NTs首次放电容量分别为258.5mAh/g和214.9mAh/g;电化学阻抗谱测试显示,复合材料的电荷转移电阻明显小于纯相TiO_2-NTs。     

Ni2CoS4/还原氧化石墨烯/多孔还原氧化石墨烯的制备及其在超级电容器中的应用

采用水热法制备Ni_2CoS_4活性材料,通过物理过程和水热反应将其与氧化石墨烯(GO)、水热多孔氧化石墨烯(HHGO)复合得到Ni_2CoS_4/还原氧化石墨烯/多孔还原氧化石墨烯(Ni_2CoS_4/RGO/HRGO)复合电极材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安测试、恒流充放电测试和交流阻抗测试等,对复合材料的形貌结构、电化学性能进行了表征。研究结果表明:在1 A/g的电流密度下,其比电容为1 684 F/g,在5 A/g的电流密度下循环2 000次后,其比电容保持率为91.8%。Ni_2CoS_4/RGO/HRGO优良的电化学行为归因于这种复合结构使电解液对电极材料的润湿程度提高,进而提高了离子和电荷的传输速率,同时也缓解石墨烯、Ni_2CoS_4的团聚和循环过程中的体积变化。因此,Ni_2CoS_4/RGO/HRGO是一种有良好应用前景的高性能超级电容器电极材料。     

锂离子电池SiOx/C/CNTs复合负极材料的制备及其电化学性能

通过机械球磨、喷雾干燥和高温热解制备锂离子电池SiO_x/C/CNTs复合负极材料,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能谱仪(EDS)和恒流充放电测试仪,对其物相组成、颗粒形貌及电化学性能进行了表征,并与SiO_x/C和SiO_x/C/石墨烯复合材料的性能对比。研究结果表明,CNTs的引入不仅可以增加复合材料的可逆容量,还可以有效提高材料的循环稳定性。SiO_x/C/CNTs复合负极材料在100mA/g下首次放电比容量为1 981.5mAh/g,循环100周后,放电容量仍有474.0mAh/g,倍率性能较优,具有良好的应用前景。     

锂离子电池用氧化锌/螺旋纳米碳纤维复合负极材料的制备及性能研究

以二水乙酸锌、一缩二乙二醇为原料,通过溶胶-凝胶法制备出氧化锌/螺旋纳米碳纤维(ZnO/HCNFs)复合材料。使用X射线衍射仪(XRD)、热重分析仪(TG)和扫描电子显微镜(SEM)等表征手段研究了ZnO/HCNFs复合材料的形貌结构,通过恒流充放电测试仪对材料的电化学性能进行测试。结果表明:ZnO颗粒均匀负载于HCNFs表面,粒径约为20~50nm。ZnO/HCNFs复合材料在200mA/g的电流密度下,其首次充放电比容量分别达到977mAh/g与788mAh/g,库仑效率为81%,经过100次循环以后,容量仍保持在501mAh/g,电化学性能较优异。