碳纳米管电极上的电化学行为分析

用化学方法对碳纳米管进行表面处理,用红外谱对处理后的碳纳米管进行表征,处理后的碳纳米管表面出现了活性功能团羧基.用这些碳纳米管制成电极,对Cd离子在硫酸钠中的电化学行为进行了分析.结果表明,从碳纳米管电极上可以观察到很好的、准可逆循环伏安图;在扫描速度为100 mV*s-1时,氧化还原峰电位分别出现在-0.65 V和 -0.95 V 对照饱和甘汞电极(SCE).峰电流与扫描速度的平方根成良好的线性关系,说明反应过程是由镉离子的扩散控制的.由循环伏安图相关的电位与扫描速度关系,我们导出了电子转移动力学速度参数.由于碳纳米管电极有很好的电化学活性和可重复性,它可以成为一种新型的分析电极材料.     

碳纳米管电极上的电化学行为分析

用化学方法对碳纳米管进行表面处理,用红外谱对处理后的碳纳米管进行表征,处理后的碳纳米管表面出现了活性功能团羧基.用这些碳纳米管制成电极,对Cd离子在硫酸钠中的电化学行为进行了分析.结果表明,从碳纳米管电极上可以观察到很好的、准可逆循环伏安图;在扫描速度为100 mV*s-1时,氧化还原峰电位分别出现在-0.65 V和 -0.95 V 对照饱和甘汞电极(SCE).峰电流与扫描速度的平方根成良好的线性关系,说明反应过程是由镉离子的扩散控制的.由循环伏安图相关的电位与扫描速度关系,我们导出了电子转移动力学速度参数.由于碳纳米管电极有很好的电化学活性和可重复性,它可以成为一种新型的分析电极材料.     

掺杂2,7-蒽醌二磺酸钠/聚吡咯修饰电极的合成及稳定性能的研究

本实验通过电化学方法使掺杂2,7-蒽醌二磺酸钠/聚吡咯膜附着在电极表面形成修饰电极。通过对比所制备的修饰电极和裸GC电极在不同pH值中的循环伏安图,研究其氧还原的催化性能。以及在氧饱和条件下不同pH值下,扫描90圈后的稳定性做出考察。     

氧化钌及其复合电极的制备与性能

在三氯化钌(RuCl3)水溶液中,采用循环伏安法在铜电极表面电沉积氧化钌(RuO2)作为超级电容器电极材料。为了提高材料的电化学性能,在电沉积液中引入了氧化石墨烯(GO)水溶液,制备出RuO2/GO复合电极。采用扫描电镜(SEM)观察两种电极的表面形貌,发现氧化钌及其复合电极经60℃干燥处理1 h后,颗粒更均匀且存在明显的多孔特征,电极材料具有良好的表面特性。电化学测试结果表明,扫描速度为0.1 V/s、工作电位窗口为1 V时,两种电极比电容分别为636.5和938 F/m2,功率密度分别为31.83和46.9 W/m2。因此,RuO2/GO复合电极具有较好的电容特性,适合用作超级电容器电极材料。     

现场STM针尖诱导Ag(111)表面局域刻蚀

本文报道用现场扫描隧道显微镜技术（in-situ STM)研究Ag(111）电极表面局域刻蚀。实验表明,STM针尖可以诱导有I^- 特性吸附的Ag(111)电极在其电化学稳定区发生表面局域刻蚀,刻蚀的发生与程度与针尖电位,样品电位及偏压等因素有紧密关系,刻蚀速度在偏压最小时达最大,刻蚀的发生也间接反映了电化学体系中的多重隧穿途径及其随电极电位的变化。     

量子点-DNA电化学发光传感器的制备与表征

为实现对特定基因序列的快速、灵敏检测,该文制备了一种基于碲化镉量子点的DNA电化学发光传感器并对测试条件进行了优化。电化学发光传感器是以金电极作基底,然后依次键合L-半胱氨酸和探针单链DNA。采用循环伏安法和电化学阻抗谱法对传感器的组装过程进行表征。电化学发光试剂碲化镉量子点标记的目标DNA与探针DNA杂交构成电化学发光传感器体系。结果表明,扫描时间6s,扫描电位-3.0~-1.5V,扫描速率0.1V/s时,电化学发光传感器体系的电化学发光效果最佳。     

电解液法改善碳纳米管阴极场发射特性

针对丝网印刷碳纳米管(CNT)阴极,提出用电解液法进行表面后处理,有效改善碳纳米管阴极场发射特性.利用扫描电子显微镜表征电解液法处理前后CNT阴极表面形貌变化,并对处理前后CNT阴极进行场发射特性测试.结果表明,电解液法处理后有更多的CNT伸出有机浆料表面,开启电场从2.4 V/μm降低到1.4 V/μm,同样面积的薄膜(印制面积为1 cm×1 cm)在3.0 V/μm场强下的发射电流由100μA提高到了1 800μA,说明电解液处理对于提高薄膜的场发射特性有明显作用.该方法在碳纳米管场发射显示器的制作中具有很好的实际应用价值.     

Ni-Al层状双金属氢氧化物制备及其超级电容特性

采用滴加法制备了Ni-Al层状双金属氢氧化物。用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪和X射线衍射仪等方法对样品进行形貌和结构表征。结果表明:样品是由大小在几百纳米到几微米的多晶颗粒组成。颗粒具有层状结构且表面粗糙多孔。通过循环伏安法和恒流充放电法对样品的电化学性能进行测试。结果表明:扫描电压速度为5 mV/s时,Ni-Al层状双金属氢氧化物电极的比电容达到1 872 F·g~(-1)。随着扫描电压速度的增加,电极的比电容逐渐降低。当扫描电压速度为100 mV/s时,电极的比电容降到了248 F·g~(-1)。随着充放电电流密度的升高,电极的比电容逐渐降低。当电流密度从0.5 A·g~(-1)升高到3 A·g~(-1)时,电极比电容的保持率约为78.7%。     

导电高分子聚合物电化学修饰电极

运用循环伏安法分别在0.15M吡咯(py)+0.1M氯化钾(Kcl)溶液的对氨基苯甲酸中(PAPB)和水中,在不锈钢(SS)表面制备聚吡咯(Ppy)薄膜。用循环伏安法与恒定电位法(恒电位1.5V),测试工作电极的稳定性与导电性。结果表明,单独在不锈钢表面附着聚吡咯薄膜(Ppy/SS),虽可以增强工作电极的稳定性,但工作电极的导电性减弱。而掺杂了对氨基苯甲酸的聚吡咯膜(Ppy/PAPB),能提高不锈钢复合电极的稳定性。同时,可以弥补合成单一薄膜导电性能减弱的缺点。从而将稳定性与导电性很好的结合。     

电流法改善碳纳米管阴极场发射特性

针对丝网印刷碳纳米管阴极,提出电流法进行表面后处理,有效改善碳纳米管阴极场发射特性.利用扫描电子显微镜表征电流法处理前后CNTs阴极表面形貌变化,并对处理前后CNTs阴极进行场发射特性测试.结果表明,电流法处理后CNTs阴极表面残留有机物被破坏,开启电场从2.4 V/μm降低到1.6 V/μm,同样面积的薄膜(印制面积为1 cm×1 cm)在2.6 V/μm场强下的发射电流由30 μA提高到了800 μA,说明电流处理对于提高薄膜的场发射特性有明显作用.该方法在碳纳米管场发射显示器的制作中具有很好的实际应用价值.     

碳纳米管薄膜的电泳沉积与场发射性能

采用电泳法在Si基片上沉积碳纳米管(CNTs)薄膜。研究了电泳极间距、电泳时间及电泳电压等对沉积的薄膜形貌结构与场发射性能的影响。SEM、高倍光学显微镜和场发射性能测试结果表明,保持阴阳极间距为2cm,在100V的直流电压下电泳2min所获得的CNTs薄膜均匀、连续、致密且具有最好的场发射性能,其开启电场强度仅为1.19V/μm,当外加电场强度为2.83V/μm时,所获得的最大发射电流密度可达14.23×10–3A/cm2。     

碳纳米管非对称接触结构制作及电学性能研究

实验研究了多根或单根单壁碳纳米管与非对称金属电极接触结构的制作方法。先用介电泳方法(DEP)将碳纳米管定向排列在Au电极对之间,再用电子束光刻(EBL)在碳纳米管的一端加工Al电极,获得多根碳纳米管与金铝电极的非对称接触结构。先用EBL在Au电极对一端覆盖Al电极,再用DEP排列碳纳米管,实现单根碳管与金铝电极的非对称接触结构。非对称结构器件的电学测试研究表明,器件的I-V曲线不再对称,呈现出整流特性。     

20伏高电压型碳纳米管超级电容器的研制

通过催化裂解法制备了碳纳米管并进一步制备了碳纳米管膜片式电极.基于该种材料的超级电容器电极比容量达到42F/g并表现出良好的大电流放电特性.本文采用多种研究方法对基于该种材料的双电层电容器的电化学特性进行了详细的研究.本文还开发了全新的超级电容器组装工艺,采用该工艺组装的碳纳米管超级电容器工作电压可以达到20V并具有良好的容量特性和阻抗特性.     

电泳淀积三极管结构的碳纳米管场发射显示阴极

本研究探索了一种电泳选域组装碳纳米管发射器到正栅极结构的衬底中作为三极管结构的场发射显示阴极的工艺.在这个工艺中,悬浊液中的碳纳米管在施加于栅极电极和阴极电极的电压的作用下移向并淀积到三极管结构的衬底中.同时,这个栅极电极的正电压能够排斥悬浊的碳纳米管,使栅极电极不吸附碳纳米管.实验结果表明,碳纳米管选域组装到栅极孔洞中去,并且每一个孔洞中碳纳米管具有相同的组装密度.该工艺成本低、可实现大面积阴极的制备,是一种在制备三极管型碳纳米管场发射显示阴极中可供选择的工艺.     

非晶碳和碳纳米管混合薄膜的场发射性能

利用微波等离子体化学气相沉积法在不锈钢衬底上直接合成非晶碳和碳纳米管混合薄膜.采用氢气和甲烷作为反应气体,流量分别为100和16sccm.沉积室内的压强为5.0kPa.利用场发射扫描电镜(SEM)和喇曼谱(Raman)对制备的薄膜的结构和形貌进行了分析.场发射实验在5×10-5Pa的真空下进行.实验结果表明:制备的非晶碳和碳纳米管混合薄膜开启电场较低,仅有0.9V/μm;在电场为3.7V/p.m时电流密度达到4.0mA/cm2,发射点密集,分布均匀.表明此种材料是一种优良的场发射冷阴极材料.     

镍基碳纳米管薄膜场致发射电流的实验测定

在不同表面宏观电场下对定向生长于镍片上的碳纳米管膜的场致发射电流密度进行了测定，被测样品是在作者提供的纯镍基片上由美国Xintek公司加工，测试条件为：发射窗口直径3mm，平行板电极系统极间的距离0．4～1．0mm，可微调，测试电压0～1000V。在相同实验条件下，多次测量电场强度与发射电流密度的关系及其稳定性。在距离不变及中等工作电压的情况下，测定了样品连续工作及反复间断工作时场致发射电流的稳定性。将测量结果分别与美国公司公布的资料及作者两年前对西安交通大学所提供的硅基片碳纳米管所做的测定结果进行了对比，依据对本次样品的测量数据建立了相应的j-E关系曲线的数学拟合函数表达式，为用本次样品设计制造碳纳米管冷阴极X线管做了准备。     

In situ observation of the growth mechanisms of carbon nanotubes under diverse reaction conditions

We report in situ environmental transmission electron microscope observations of the nucleation and growth of multi-wall and single-wall carbon nanotubes formed by the catalytic decomposition of acetylene (C2H2) on Ni/SiO2 catalyst. The growth rate, structure and morphology of the carbon nanotubes formed depended upon reaction temperature and pressure. Under 20-100 mTorr of gas pressures at 480 degrees C, serpentine-shaped or zigzag, multi-wall carbon nanotubes grew at an average rate of 35-40 nm sec(-1). At pressures <10 mTorr at the same temperature, straight single-wall carbon nanotubes with nearly uniform diameters (approximately 3.5 nm) formed at average growth rates of 6-9 nm sec(-1). The growth of both straight and serpentine carbon nanotubes tends to proceed at non-uniform rates, with frequent pauses followed by growth spurts. The nanotubes frequently contained sharp bends that turned the nanotube axis by approximately 60 degrees and approximately 120 degrees. We conjecture that the bends are related to the change in growth direction that is dictated by the crystallographic orientation of the catalyst particle. The rotations of the nanometer-sized catalyst particle may be caused by transient melting-recrystallization events caused by local thermal variations. The nanotube attempts to follow the preferred growth direction, while simultaneously attempting to maintain a seamless 3-coordinated graphene wall. This latter condition is most easily satisfied by the introduction of pentagon-heptagon defect pairs dissociated to the opposite sides of the nanotube creating the 60 degree bend.     

Multifunctional Carbon for Electrochemical Double‐Layer Capacitors

Multifunctional carbon materials are prepared for application as an active electrode material in an electrochemical capacitor displaying both charge storage and binder properties. The synthesis of the materials involves the functionalization of high surface area Black Pearls 2000 carbon black by a covalent attachment of polyacrylic acid. The polyacrylic acid polymer is formed by atom transfer radical polymerization using 1‐(bromoethyl)benzene groups initially bonded to the carbon by spontaneous grafting from the corresponding diazonium ions. The grafting of 1‐(bromoethyl)benzene and polyacrylic acid is confirmed by thermogravimetric analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, energy‐dispersive X‐ray spectroscopy, and nitrogen gas adsorption isotherm. The composite electrode films prepared from the modified carbon are more hydrophilic and have better wettability in an aqueous electrolyte than the one prepared with the unmodified carbon. The modified electrodes also show a higher specific capacitance (≈140 F g^?1), a wider working potential window (1.5 V) and excellent specific capacitance retention upon cycling (99.9% after 5000 cycles) in an aqueous 0.65 m K₂SO₄ electrolyte. Moreover, a relatively high specific capacitance (≈90 F g^?1) is maintained at a scan rate of 1000 mV s^?1 with the polyacrylic‐acid‐modified carbon electrode.     

Ultrahigh Specific Capacitances for Supercapacitors Achieved by Nickel Cobaltite/Carbon Aerogel Composites

Nickel cobaltite, a low cost and an environmentally friendly supercapacitive material, is deposited as a thin nanostructure of 3–5 nm nanocrystals into carbon aerogels, a mesoporous host template of high specific surface areas and high electric conductivities, with a two‐step wet chemistry process. This nickel cobaltite/carbon aerogel composite shows ultrahigh specific capacitances of around 1700 F g^?1 at a scan rate of 25 mV s^?1 within a potential window of ?0.05 to 0.5 V in 1 M NaOH solutions. The composite also possesses an excellent high rate capability manifested by maintaining specific capacitances above 800 F g^?1 at a high scan rate of 500 mV s^?1, and an outstanding cycling stability demonstrated by a negligible 2.4% decay in specific capacitances after 2000 cycles. The success is attributable to the fuller utilization of nickel cobaltite for pseudocapacitance generation, made possible by the composite structure enabling well exposed nickel cobaltite to the electrolyte and easy transport of charge carriers, ions, and electrons, within the composite electrode.     

Gated carbon nanotube emitter with low driving voltage

By approaching the counter electrode to the carbon nanotubes (CNT) emitter, remarkable reduction of the cathode operating voltage has been accomplished in the under-gate CNT cathode structure. The peak emission current density of 2.5 mA/cm/sup 2/, which is sufficient for high brightness CNT field emission display, was obtained at the cathode-to-gate voltage of 57 V when the CNT-to-counter electrode gap was 2.2 /spl mu/m. The gate current was less than 10% of the anode current. The CNT cathode with low driving voltage can help the cost-effective field emission display implemented.