纳米氧化镍的制备及超级电容性能研究

以NiSO4·6H2O和NaOH为原料,采用常温合成-水热改性-中温焙烧工艺制备了分散性好、平均粒径约为40nm的规则六角片状形貌的氧化镍电极材料.利用循环伏安和恒流充放电对氧化镍制备的电极的电容性能进行了研究,结果表明,NiO电极在KOH电解液中具有良好的超电容特性和循环寿命,在充放电电流为20mA时,NiO电极的比容量达到252F/g.     

石墨烯/氧化镍复合材料的微波法制备及电化学性能研究

采用微波法快速制备了石墨烯/氧化镍(MWGO/NiO)复合材料,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪对其结构和形貌进行了表征。通过循环伏安法和恒电流充放电测试了MWGO/NiO复合材料的电化学性能,考察了微波功率、微波时间、投料比对复合材料性能的影响。结果表明:氧化石墨烯与硝酸镍质量比为5∶4、微波功率为1000W、微波时间为2min时,制备的复合材料电化学性能最好;在充放电电流密度为1A/g及KOH电解液浓度为6mol/L时,复合材料的最大比电容为360.5F/g。     

二氧化锰电极材料的制备及电化学性能研究进展

二氧化锰(MnO₂)作为一种重要的无机功能材料,因成本低、来源广泛、电化学性能优异及对环境友好且理论比电容高等优势,在电化学电容器电极材料的研究中有巨大的应用潜力,已成为超级电容器电极材料的研究热点。目前,制备二氧化锰的方法多样,常用的方法有:固相法、水热法、溶胶凝胶法、液相共沉淀法、电化学沉积法等。且因二氧化锰具有比表面积大、循环稳定性好等优势,用其作为电极材料更易于工业化生产,具有较大的市场价值。本文主要综述了非晶态及晶态二氧化锰电极的制备方法及其用于超级电容器的研究进展,并对其储能机理、温度对其微观结构(表面积)和残余结构水等因素的影响进行了分析。     

纳米碳化钛的制备及在储能领域的应用研究进展

随着社会经济的快速发展,能源需求日益膨胀,传统能源利用问题逐渐凸显,更加高效和环保的能源转换和存储技术越来越受到推崇.能源转换和存储装置的关键在于电极材料的合理选择和结构设计.碳化钛(TiC)因其独特的电子结构、良好的化学稳定性和较高的导电性,作为一种能源存储和转换新材料引起人们的极大关注,并逐渐在锂离子电池、锂硫电池、超级电容器等领域受到研究者的青睐.纳米TiC的显微结构、粒径大小和纯度直接影响电池的电化学性能,因此纳米TiC的有效制备是实现其在储能领域产业化应用的关键.为此,本文综述了纳米TiC材料现有的制备方法及最新研究进展,阐述了各种工艺方法过程及合成机理,探讨了不同方法之间的差别及应用范围,总结了纳米TiC材料在储能领域的应用现状,并展望了未来纳米TiC的发展方向.     

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。     

磁性金属纳米结构的制备与表征

采用电化学沉积方法成功地制备了高度有序的镍纳米管/线阵列结构,并用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)对产物的微观形貌和化学结构进行了表征和分析.测试结果显示,镍纳米结构阵列规整,镍纳米管壁具有多晶体结构;X射线衍射图谱表明,镍纳米管壁具有较高的结晶度.研究了沉积时间对镍纳米结构的影响.     

碳纳米管表面沉积氧化镍及其超电容器的电化学行为

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薄膜电极.基于该种材料的超电容器电极比容量达到36F/g.研究了在碳纳米管薄膜基体上使用电化学方法沉积氧化镍的新工艺,制备出碳纳米管和氧化镍的复合电极.电化学测试证明复合电极的比容量提高到52F/g以上且基于这种复合电极的超电容器具有极低的自放电率.     

腐植酸/石墨烯复合材料的制备及其电化学性能

采用从褐煤中提取的腐植酸和天然石墨制得的氧化石墨烯为原料,通过水合肼加热还原法合成腐植酸/石墨烯复合材料。利用XRD、Raman、SEM和电化学测试对复合材料的形貌、微观结构和电化学性能进行表征。结果表明腐植酸均匀分散在石墨烯片层间形成夹心多孔骨架结构,可缩短电解质传播和运输路径。复合材料HRGO-0.1在电流密度为50 mA/g时表现出高的比电容(185 F/g),低的电阻率,良好的电容倍率。     

冷冻干燥辅助一步碳化-活化壳聚糖基多孔碳的制备及电化学性能

本工作采用冷冻干燥辅助一步碳化-活化法制备了壳聚糖基多孔碳(CSPC),利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱分析仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)和氮气吸脱附实验(BET)对不同活化剂比例下材料的结构形貌及化学组成进行表征,探究了其电化学性能。结果表明：CSPC表面粗糙,比表面积高达2 178.9 m2·g^-1,具有显著的分级多孔结构和较高的中孔率,并含氮、氧等杂原子,赋予电极材料较好的导电性、良好的润湿性和高离子扩散率,使其表现出优异的电容特性。当活化剂与壳聚糖质量比为1∶1时,多孔碳(CSPC-1.0)在0.5 A·g^-1的电流密度下,比容量高达386.0 F·g^-1,当电流密度为20 A·g^-1时,其比电容仍然高达319.6 F·g^-1,表现出优异的倍率性能;同时,在5 A·g^-1的电流密度下,电极经过10 000次充放电循环后容量保持率为94.4%,表现出优异的循环稳定性。以CSPC-1.0为电极活性物质组装成...     

NiO/龙舌兰衍生多孔碳复合材料的制备及电化学性能

先采用水热法再经过煅烧处理,将氧化镍均匀负载到龙舌兰多孔碳上。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、红外辐射检测等,对NiO/龙舌兰衍生多孔碳复合材料（NiO/C）的结构和形貌进行表征,并通过循环伏安和充放电测试对NiO/C的电化学性能进行研究。结果表明：NiO/C-2具有优秀的能量密度与循环稳定性,在5 A/g的电流密度下,能量密度可达22 W·h/kg;循环10 000次后,容量保持率高达91%。此外,当电流密度为1 A/g时,NiO/C-2的比电容为312 F/g;当电流密度增大到20 A/g时,比电容仍高达155 F/g 。因此,基于龙舌兰多孔碳的结构稳定性,适量的NiO负载可以提升材料的比电容和循环稳定性。     

镍-铋复合氧化物的制备及其在三电极体系中的赝电容行为

采用溶剂热法合成镍-铋氢氧化物复合前驱体,后经热处理将其转化为镍-铋复合氧化物。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)对复合氧化物的结构和形貌进行了表征。运用循环伏安法和恒电流充放电等电化学方法对其电化学电容性能进行了研究。测试结果表明,复合氧化物中组分间的配比是材料取得良好电容性能的关键因素。通过对比研究,优化出复合氧化物的最佳配比,并充分讨论了该复合氧化物作为单电极时的能量及功率密度。     

一步合成还原氧化石墨烯/MnO2复合材料及其电化学性能

通过水热法, 利用氧化石墨烯(GO)和二价锰盐, 一步合成了还原氧化石墨烯/MnO₂(RGO/M)复合电极材料。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(RS)、傅里叶红外光谱(FTIR)和场发射扫描电镜(FESEM)等测试电极材料的物性, 通过循环伏安、交流阻抗和恒流充放电等方法研究电极材料的电化学性能。结果表明, 在一定水热反应条件下, 通过控制GO与二价锰盐配比, 可以调节RGO/M的结构及其电化学性能。在1 A/g电流密度下, 所得RGO/M复合电极的比电容可达277 F/g, 经过500次循环后, 保持率达到98%。     

Mesoporous Nanoarchitectures for Electrochemical Energy Conversion and Storage

Mesoporous materials have attracted considerable attention because of their distinctive properties, including high surface areas, large pore sizes, tunable pore structures, controllable chemical compositions, and abundant forms of composite materials. During the last decade, there has been increasing research interest in constructing advanced mesoporous nanomaterials possessing short and open channels with efficient mass diffusion capability and rich accessible active sites for electrochemical energy conversion and storage. Here, the synthesis, structures, and energy-related applications of mesoporous nanomaterials are the main focus. After a brief summary of synthetic methods of mesoporous nanostructures, the delicate design and construction of mesoporous nanomaterials are described in detail through precise tailoring of the particle sizes, pore sizes, and nanostructures. Afterward, their applications as electrode materials for lithium-ion batteries, supercapacitors, water-splitting electrolyzers, and fuel cells are discussed. Finally, the possible development directions and challenges of mesoporous nanomaterials for electrochemical energy conversion and storage are proposed.     

Co3O4纳米线阵列@活性炭纤维复合材料的水热合成及电化学应用

以Co(NO₃)₂·6H₂O为钴源, NH₄F和尿素作为添加剂, 通过水热法在粘胶基活性炭纤维(ACF)的表面生长了Co₃O₄纳米线, 制备了Co₃O₄@ACF复合材料并进行了结构形貌表征及电化学性能测试。结果表明: 针状的Co₃O₄纳米线阵列均匀地垂直生长在活性炭纤维表面, 形成了丰富的介孔结构。通过改变Co(NO₃)₂·6H₂O的用量, 可以获得不同负载量的Co₃O₄@ACF复合材料。当Co₃O₄负载量为47wt%时, Co₃O₄@ACF复合材料在1 A/g电流密度下的比电容高达566.9 F/g, 几乎是纯Co₃O₄的2倍; 在15 A/g的电流密度下, 其比电容仍可达到393.3 F/g, 表现了较好的倍率特性; 经过5000次循环充放电后, 其比电容仍可保持84.2%, 展现了优良的循环稳定性。     

核壳结构TiC/Co_3O_4纳米线的制备及其电化学储锂性能

以棉纤维为碳源和模板,采用生物模板法成功合成制备直径约100~150nm、长度几至十几微米的TiC纳米线,进而通过水热反应在其表面均匀沉积Co_3O_4纳米微粒,所构建的核壳结构TiC/Co_3O_4纳米线具有良好的循环稳定性和高倍率性能。在50mA/g电流密度下循环的第2次、第50次放电容量分别为824.3mAh/g和753.7mAh/g;在倍率性能测试中,当电流密度回到50mA/g时,可逆放电容量为1060.4mAh/g,高于起始的1048.2mAh/g。     

以丝绸为模板合成纤维状氧化锡纳米晶材料

以丝绸为模板,通过生物模板法合成了纤维形态纳米氧化锡。丝绸模板在前驱体溶液中浸渍后在不同温度下进行焙烧得到最终产物,并采用XRD、SEM、EDS、TEM和IR对其成分和结构进行了表征。结果表明,通过原位自组装合成,产物很好地保留了原始模板的微观结构,蛋白纤维转变为纳米晶粒组成的SnO2纤维,纤维直径约15μm,SnO2晶粒尺寸约55nm。讨论了反应条件对产物微观形貌的影响,确定了最佳反应温度为600℃,并分析了产物的形成机理。这种生物模板法为制备纳米SnO2提供了一种简易、环保的方法。     

Synthesis of Free‐Standing Metal Sulfide Nanoarrays via Anion Exchange Reaction and Their Electrochemical Energy Storage Application

Metal sulfides are an emerging class of high‐performance electrode materials for solar cells and electrochemical energy storage devices. Here, a facile and powerful method based on anion exchange reactions is reported to achieve metal sulfide nanoarrays through a topotactical transformation from their metal oxide and hydroxide pre‐forms. Demonstrations are made to CoS and NiS nanowires, nanowalls, and core‐branch nanotrees on carbon cloth and nickel foam substrates. The sulfide nanoarrays exhibit superior redox reactivity for electrochemical energy storage. The self‐supported CoS nanowire arrays are tested as the pseudo‐capacitor cathode, which demonstrate enhanced high‐rate specific capacities and better cycle life as compared to the powder counterparts. The outstanding electrochemical properties of the sulfide nanoarrays are a consequence of the preservation of the nanoarray architecture and rigid connection with the current collector after the anion exchange reactions.     

Graphdiyne‐Based Materials: Preparation and Application for Electrochemical Energy Storage

Graphdiyne (GDY) has drawn much attention for its 2D chemical structure, extraordinary intrinsic properties, and wide application potential in a variety of research fields. In particular, some structural features and basic physical properties including expanded in‐plane pores, regular nanostructuring, and good transporting properties make GDY a promising candidate for an electrode material in energy‐storage devices, including batteries and supercapacitors. The chemical structure, synthetic strategy, basic chemical–physical properties of GDY, and related theoretical analysis on its energy‐storage mechanism are summarized here. Moreover, through a view of the mutual promotion between the structure modification of GDY and the corresponding electrochemical performance improvement, research progress on the application of GDY for electrochemical energy storage is systematically explored and discussed. Furthermore, the development trends of GDY in energy‐storage devices are also comprehensively assessed. GDY‐based materials represent a bright future in the field of electrochemical energy storage.     

MoS2@GO三维絮状结构的制备及电化学储锂性能

以改良Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),通过水热以及热处理制备了MoS_2@GO复合材料,探讨了MoS_2与GO物质的量比对复合材料结构、电化学性能的影响。结果表明,当MoS2与GO的物质的量比为1∶1时,所得复合材料呈现三维絮状结构并具有良好的电化学性能。其作为锂离子电池负极材料,在0.1A/g电流密度下,50次循环后放电比容量仍有879mAh/g,容量基本没有衰减。在2A/g的高电流密度下还能保持530mAh/g,当电流密度从2A/g恢复到0.1A/g,循环容量能恢复到0.1A/g时的水平,表现出优异的倍率性能。