氢氧化钴/氢氧化镍复合材料的制备及电化学性能研究

过渡金属氧化物(氢氧化物)由于其优良的电容特性而受到极大的关注,其中Co(OH)_2和Ni(OH)_2是研究的热点。采用电化学沉积法制备不同摩尔比的Co(OH)_2/Ni(OH)_2复合材料,利用XRD和SEM对沉积产物进行结构和形貌表征,同时采用循环伏安法、恒电流充放电以及电化学阻抗谱对电极材料进行电化学性能测试。结果表明,电化学沉积法可以制备出不同摩尔比的Co(OH)_2/Ni(OH)_2复合材料,电极材料为纳米花状结构,而这种结构大幅增加了活性材料的比表面积。随着沉积溶液中Co(NO_3)_2或Ni(NO_3)_2含量的增加,Co(OH)_2/Ni(OH)_2电极材料的放电时间与比电容值呈现先增大后减小的趋势。其中,当沉积溶液中Ni(NO_3)_2∶Co(NO_3)_2=1∶1时,所沉积的Co(OH)_2/Ni(OH)_2复合材料的放电时间最长、比电容值最大,可达到841.15 F/g。     

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。     

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。     

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。     

水热法制备还原氧化石墨烯担载Ni(OH)_2纳米带复合材料及其电容特性

以氧化石墨烯溶液和硝酸镍为原料,采用一步水热法制备了Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯(Ni(OH)_2@RGO)复合材料。在Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯的研究中,两组分间的配比对复合物的形貌和电化学活性具有显著的影响。在最佳配比下(RGO含量26.7%),Ni(OH)2以纳米带形式担载于石墨烯片相互搭接成的三维网络结构中,从而可暴露更多的活性位点和有效比表面积,利于展现更好的电化学性能。该复合材料用作超级电容器电极材料时,展现了高的比电容(在1 A·g~(-1)下的比电容高达1 804 F·g~(-1)),良好的倍率性能(在25 A·g~(-1)下比电容保持率仍在46%以上),以及优异的循环稳定性(在2 A·g~(-1)下循环2 000次的电容保持率为90.3%)。     

NiS2/三维多孔石墨烯复合材料作为超级电容器电极材料的电化学性能

选用合适的软模板,通过简便的一步溶剂热法成功制备了NiS₂/三维多孔石墨烯（3D rGO）复合材料。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:制备的NiS₂/3D rGO复合材料存在石墨烯三维堆叠的孔道结构,且具备较大的比表面积,为57.51 m2g-1。电化学测试表明,在1 Ag-1的电流密度下NiS₂/3D rGO复合材料的比电容高达1 116.7 Fg-1,而且当电流密度增加到5 Ag-1时NiS₂/3D rGO复合材料的比电容为832.2 Fg-1,比电容保持率为1 Ag-1时的74.5%。在4 Ag-1电流密度下,经过1 000次循环后,NiS₂/3D rGO复合材料的比电容仍能保持91.2%。因此,NiS₂/3D rGO复合材料可作为一种理想的超级电容器电极材料。      

β-Ni(OH)_2/石墨烯复合纳米材料的制备及其电化学性能研究

以NaBH4为还原剂,采用成核晶化隔离法和氧化还原法相结合低温下制备了Ni(OH)_2/石墨烯纳米复合材料,并以此为电极研究了其电化学性能。实验发现:六方形片状结构的β-Ni(OH)_2成功地分散在石墨烯载体表面,石墨烯片层结构没有发生团聚及严重的堆垛现象,提高了电极的稳定性。当石墨烯与Ni(OH)_2的质量比为5∶5时,显示了最佳的电化学性能:在0~0.47V的电位窗口,1A/g的电流密度下,比电容高达922F/g。     

聚苯胺/VS_2纳米复合材料的制备及其在超级电容器上的应用研究

以苯胺为原料采用原位合成法制备了聚苯胺/二硫化钒(PANI/VS_2)纳米复合材料。运用X射线衍射(XRD)分析技术和电子扫描显微镜(SEM)研究PANI/VS_2纳米复合材料的结构特征,采用循环伏安法、恒电流充电/放电和交流阻抗技术手段对其电化学性能进行测试。得到的复合材料最大比电容可达到2077F/g(电流密度为1A/g),远大于PANI和VS_2单组分的比电容,在电流密度为5A/g时循环500次,比电容保持率为96%。     

二级微撞击流反应器制备镍钴氧复合材料

以NiSO_4·6H_2O为镍源,Co(NO_3)_2·6H_2O为钴源,氨水为沉淀剂,利用二级微撞击流反应器(MISR)制备镍钴氧(Ni-Co-O)复合材料;利用扫描电子显微镜(SEM)、比表面及孔隙度分析仪、电池测试系统等对复合材料的形貌、比表面积以及电化学性能进行表征。结果表明:利用二级MISR制备的Ni-Co-O复合材料粒径约为50 nm,具有较大的比表面积;电流密度为1 A/g时进行循环充放电,最高比电容值达到2 700 F/g左右,循环500次比电容值基本无衰减。     

VO_2/rGO复合材料的制备及作为高容量锂离子电池负极的研究

采用简易的一步水热法实现了VO_2和rGO的有效复合,通过XRD、SEM、Raman等手段对复合材料的结构和形貌进行了表征,评估了该材料作为锂离子电池负极的电化学性能。结果显示,VO_2为片状形貌,氧化石墨烯在水热反应中被还原,与VO_2片形成了良好的复合结构。电化学数据显示,在100 mA/g电流密度下,VO_2/rGO复合材料可逆容量高达621.8mAh/g,远高于石墨的理论容量(372mAh/g)。在300mA/g电流密度下,该材料在100次循环后容量保持在384mAh/g。更重要的是,在2 000mA/g电流密度下,300次循环后容量仍维持在256mAh/g,容量保持率接近100%。基于rGO良好的导电性能以及VO_2与rGO的协同作用,制备的VO_2/rGO复合材料体现了较高的可逆比容量和良好的倍率性能及循环稳定性能,是一种具有前景的锂离子电池负极材料。     

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。     

H_2O和H_2O_2绿色制备氢氧化镍微阵列及其电化学性能研究

绿色清洁是当今超级电容器电极材料研究的主题,并且过渡金属化合物在电化学储能方面具有独特的优势。为了将二者的优点结合到一个电极上,采用H_2O和H_2O_2这两种含氧键稳定性不同的材料,在泡沫镍上水热生长出电极材料Ni(OH)_2。对该两种材料制备的H_2O-Ni(OH)_2与H_2O_2-Ni(OH)_2的结构、形貌、组成元素和电化学特性进行了分析和比较。在电流密度为3A g~(-1)时,H_2O_2-Ni(OH)_2的质量比电容为1 560F g~(-1),循环稳定性好,5 000次循环后电容保持率达90%,均优于H_2O-Ni(OH)_2的电化学性能。H_2O_2-Ni(OH)_2具有较H_2O-Ni(OH)_2生长密集、取向性优良的阵列结构,从而获得的较多活性位点和较稳定的生长形态是其优异的质量比电容和循环性能的原因,同时在电极材料的生长形态研究中提供了非常有利的形态学基础。     

碳气凝胶/四氧化三钴复合材料的制备及电化学性能

采用电化学沉积法,以碳气凝胶(CA)为基底沉积氢氧化钴(Co(OH)2),并热处理制备碳气凝胶/四氧化三钴(CA/Co3O4)复合电极材料。采用XRD,SEM对样品的结构和微观形貌进行表征。采用循环伏安,恒电流充放电测试,交流阻抗测试对样品的电化学性能进行了表征和测试。研究结果表明,采用电化学沉积法制备的CA/Co3O4复合电极材料,在电流密度0.5和5 A/g时,其质量比容量分别为1 020和646 F/g。可见Co3O4的复合,能够很大程度的提升电化学性能。     

碳纳米管纸上β-Co（OH）2纳米花的生长及其电化学电容行为

通过水热法制备了粘附于导电碳纳米管(CNT)纸表面生长的层级花状β-Co(OH)2,并将其作为电化学电容器高性能柔性复合电极材料。用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了产物的微观结构和形貌。所得材料为三维疏松分层纳米花结构的β-Co(OH)2/CNT纸复合材料,其直径约为3μm。通过循环伏安法、恒电流充放电和交流阻抗等测试手段研究了该柔性材料的电容性能,结果表明:该复合材料在6 mol/LKOH电解液中,电流密度为2A/g时比容量达到2764 F/g;碳纳米管纸赋予了复合材料优良的导电性和柔韧性,同时β-Co(OH)2的层级花状结构利于活性物质与电解液之间的接触,因此,复合材料与纯的β-Co(OH)2相比,倍率容量和循环性能都得到明显改善。     

Co3O4/还原氧化石墨烯复合物的合成及其结构与性能表征

用回流法以及后续热处理过程合成了Co3O4/还原氧化石墨烯(rGO)复合物。并对样品的成分、形貌、结构以及电化学性能进行了表征与测试。研究结果表明,当Co3O4与rGO的质量比为87∶13时,复合物比电容达到760F.g-1,并且此复合物表现出较好的循环稳定性。     

ZnCo2O4及ZnCo2O4/rGO复合材料的制备与电化学性能

采用一步水热法制备尖晶石型钴酸锌(ZnCo_2O_4)及钴酸锌/石墨烯(ZnCo_2O_4/rGO)复合材料,通过XRD,SEM和RST5000电化学工作站对材料的组分、表面形貌及电化学性能进行表征。通过改变水热温度,制备出具有辐射状花簇团结构、褶皱片层结构和表面光滑的球体结构的ZnCo_2O_4电极材料。结果表明:加入石墨烯后,ZnCo_2O_4呈规则的多边形结构,附着在石墨烯片上,两者的协同作用可有效改善电极材料的电化学性能;钴酸锌与氧化石墨烯的质量比为6∶1时得到的ZnCo_2O_4/rGO复合材料的比电容为205F/g,比纯ZnCo_2O_4的比电容提升了约114%。     

高效温和制备纳米片状β-Co(OH)2用于超级电容器电极

以水合氯化钴为原料,氢氧化钠和水合肼为碱性沉淀剂,在不添加任何分散剂的情况下采用化学沉淀法制备出呈六边形的片状β-Co(OH)_2。采用X射线衍射和透射电子显微镜表征所制样品的结构和形貌,采用循环伏安和恒电流充放电等测试方法对其电化学性能进行初步研究。结果表明,六边形片状β-Co(OH)_2边长为100~200nm,厚度为几十纳米,且随氯化钴溶液浓度的降低,单晶片的厚度逐渐减小。其表现出一定的电化学性能,电流密度为1A/g时,比电容可达到83.3F/g,且性能稳定。     

聚苯胺-石墨烯/聚酰亚胺复合导电纱的制备及其超电容特性

为了提高石墨烯/聚酰亚胺(rGO/PI)复合纱线电极的电化学性能,采用电化学聚合法在rGO/PI复合纱线表面沉积聚苯胺(PANI)颗粒,研究了沉积时间对PANI-rGO/PI复合导电纱的形貌及增重的影响。结果表明, PANI在rGO/PI复合纱线表面均匀沉积,且沉积量随着沉积时间的增加而增大。采用循环伏安法(CV)、恒流充放电法(GCD)研究了PANI-rGO/PI复合导电纱线的电化学行为。结果表明, PANI沉积时间对纱线电极的循环伏安特性、恒流充放电曲线等有很大的影响,当PANI沉积时间为900 s时,所得PANI-rGO/PI复合纱线电极的循环伏安特性和恒流充放电性能表现均最优,比电容为81.22 F·cm^-3,而rGO/PI纱线电极仅为16.4 F·cm^-3。以最优工艺制得的PANI-rGO/PI复合导电纱作为电极组装了纤维状超级电容器,采用交流阻抗谱法(EIS)、 CV及GCD对器件进行电化学性能表征。结果表明,该器件体积比电容可达41.73 F·cm^-3,在充放电3 000次后比电容依然能够维持在85%左右,所得纤维状超级电容器经过串联可成功驱动LED灯。     

纳米Mg(OH)_2-微胶囊红磷/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物阻燃复合材料的性能

以微米Mg(OH)_2(mMg(OH)_2)、纳米Mg(OH)_2(nMg(OH)_2)和微胶囊红磷(MRP)为无卤阻燃剂,乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)为聚合物基体,通过熔融共混方法制备了一系列不同阻燃剂含量的Mg(OH)_2-MRP/EVA阻燃复合材料,采用极限氧指数、垂直燃烧、锥形量热分析、热分析、SEM、拉伸试验、流变学分析等方法研究了复合材料的阻燃、力学和加工性能。结果表明,Mg(OH)_2阻燃剂用量相同时,nMg(OH)_2/EVA复合材料的阻燃和抑烟性能比mMg(OH)_2/EVA复合材料更好,但当Mg(OH)_2用量小于60wt%时,nMg(OH)_2/EVA和mMg(OH)_2/EVA复合材料的垂直燃烧等级都达不到V-0级。Mg(OH)_2本身的阻燃效率较低,nMg(OH)_2和MRP对EVA有非常显著的协同阻燃作用,二者掺杂比例适当时可大幅度降低Mg(OH)_2的用量。与nMg(OH)_2/EVA复合材料相比,nMg(OH)_2-MRP/EVA复合材料燃烧时能够生成连续致密的炭层,覆盖在材料表面形成防火屏障,提高其阻燃性能。nMg(OH)_2的热分解反应对nMg(OH)_2-MRP/EVA复合材料的燃烧性能有极其重要的影响。当nMg(OH)_2热分解后再加入到MRP/EVA体系中时,nMg(OH)_2-MRP/EVA复合材料的阻燃和抑烟性能均急剧降低。当nMg(OH)_2∶MRP∶EVA的质量比为40∶10∶100时,nMg(OH)_2-MRP/EVA复合材料同时具有优异的阻燃性能、力学性能和加工性能,可满足实际应用的需要。