石墨烯负载铂催化剂的制备及稳定性

以天然石墨粉为原料,制备了氧化石墨（GO）,再以GO和氯铂酸（H₂PtCl₆）为前驱体,乙二醇作为溶剂和还原剂,通过浸渍还原法成功制备出铂和石墨烯的复合催化剂（Pt/GR）.利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜和拉曼光谱仪对样品进行了形貌表征,结果表明Pt颗粒均匀分布在石墨烯的表面,相对于单质,负载有Pt的石墨烯表面更加褶皱且石墨烯片层更加分散.对Pt/GR进行电化学测试并与商用Pt黑催化剂进行对比,结果显示Pt/GR催化剂具有更高的电化学活性面积（ESCA）和更好的电催化性能,相对于Pt黑催化剂,Pt/GR具有更好的电化学稳定性.      

层状MnO_2纳米带的插层质子化及其与氧化石墨烯复合材料的电化学性能

利用KMnO_4和MnCl_2在高浓度KOH溶液中发生氧化还原反应,再经200℃保温48 h后合成K~+插层的α-MnO_2纳米材料,之后利用过硫酸铵进行质子化,并以氧化石墨烯水溶液作为溶剂制备氧化石墨烯(GO)复合物/层状Mn O2(GO/MnO_2)。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对制备的材料进行物相和形貌表征,并将其作为超级电容器的电极材料在1M KOH溶液中进行循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)等电化学性能测试。结果表明:K+插层的MnO_2具有纳米带形貌,长度可达5～12μm,宽约500 nm。质子化后仍可保持较高的结晶度和带状形貌。此外,通过复合GO,可显著提高Mn O2的电化学性能,层状MnO_2纳米带/GO复合物在0.5 A/g的电流密度下比电容高达750 F/g。     

石墨烯/二氧化锰复合材料的制备及其电化学性能

通过水热法在160℃条件下成功制备了手风琴状石墨烯/MnO₂复合材料.通过场发射扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、X射线能量色散谱、BET法以及拉曼光谱对材料进行表征.结果表明,手风琴状二氧化锰与层状石墨烯之间具有十分高效的贴合,这种创新性设计有效地利用了石墨烯的高电导率、大比表面积以及二氧化锰的优秀赝电容行为.电化学测试结果给出在0.2 A·g-1时,样品的比电容高达138 F·g-1,数倍增强于单独的二氧化锰或石墨烯样品.      

Co(OH)_2/GO复合物的制备及其电化学性能研究

以硫酸钴和氧化石墨为原料,采用化学沉淀法制备出疏松多孔的片状Co(OH)_2/GO复合物。复合物的结构和形貌用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)进行了表征;用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对样品的成分进行了测定;复合物的电化学性能用循环伏安、恒电流充放电等测试方法进行了测试。经分析测试结果,发现采用该方法制备的样品,其电化学性能与氧化石墨的含量有关;当氧化石墨含量为10%时性能最佳,比电容达到1498F/g。此外,电流密度为1A/g时,600次充放电循环后比电容仍保留了初始值的85.3%。因此,Co(OH)_2/GO复合物有望成为电化学电容器电极材料。     

电沉积法制备石墨烯/MnO_2纳米复合电极的电容性能

采用循环伏安法,先在泡沫镍基体上沉积多孔结构的MnO_2纳米片,然后再沉积一层还原石墨烯,得到石墨烯/MnO_2复合材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)与X射线光电子能谱仪(XPS)分析该材料的形貌、结构与价态。采用循环伏安、恒流充放电和电化学交流阻抗技术测试材料的比电容、循环稳定性和阻抗。结果表明,MnO_2为纳米片状结构,石墨烯基本覆盖了MnO_2沉积层。MnO_2与石墨烯复合后,等效串联电阻由0.83Ω减小到0.4Ω,电荷转移电阻由9.34Ω下降到6.76Ω。在2 A/g充放电电流密度下,石墨烯/MnO_2复合电极的比电容为501 F/g,比MnO_2增大25%,在充放电循环3 000次后电容保持率为84%。     

高温氢还原法制备纳米硅/石墨烯复合材料的结构与电化学性能

将Hummers法制备的氧化石墨烯(graphene oxide,GO)与纳米硅粉进行超声复合和高温氢还原,制备锂离子电池用纳米硅/石墨烯(Si/G)复合材料。利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和Raman光谱分析,对Si/G复合材料的形貌与结构进行分析与表征,并测试其电化学性能。结果表明,通过高温氢还原,氧化石墨烯全部还原为石墨烯,无其它杂质相生成。石墨烯包覆在纳米硅颗粒表面,形成层状复合结构;与纯纳米硅粉相比,Si/G复合材料的电化学性能明显提高,在300 m A/g电流密度下,首次放电比容量为2 915.0(m A·h)/g,首次充电比容量为1 080.5(m A·h)/g,20次循环后比容量稳定在969.6(m A·h)/g,库伦效率为99.8%;而纯纳米硅粉的首次放电比容量和首次充电比容量分别为932.7和349.4(m A·h)/g,20次循环后比容量仅为6.4(m A·h)/g。     

石墨烯基电极材料在超级电容器中的应用

随着能源消耗的日渐增长,寻找低成本、环保、寿命长的储能设备迫在眉睫.在超级电容器领域,石墨烯电极材料以其高比电容、优异倍率性能、良好导电性等优势而受到广泛关注.对石墨烯材料的制备方法、电化学性能及相关机制做了总结,目的是研究不同结构的石墨烯材料对超级电容器性能的影响,并找到性能较为优异的石墨烯基材料.最后分析了石墨烯基...     

石墨烯的制备及其超级电容性能

以鳞片石墨为原料,采用化学氧化还原法制备了高品质的石墨烯.借助X射线衍射分析、扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察、氮气吸附-脱附实验、恒流充放电实验、循环伏安法和交流阻抗谱技术对石墨烯的结构、形貌、表面性能和超级电容性能进行了系统研究.X射线衍射、扫描电镜和透射电镜结果表明,石墨烯整体上呈现无序结构,外观具有蓬松、透明的薄纱状及本征性皱褶,其BET比表面积为14.2m2·g-1,总孔容为0.06cm3·g-1,平均孔径为17.3nm.交流阻抗谱测试结果表明,石墨烯电极具有较小的阻抗,其等效串联电阻为0.16 Ω,电荷传递电阻为0.55 Ω.恒流充放电和循环伏安测试结果显示:石墨烯电极具有良好的功率特性和循环稳定性,电容特征显著.在2、5、10和20mV·s-1扫描速度下的放电比电容分别为123、113、101和89 F·g-1;即使是50mV·s-1的高扫速,放电比电容仍可达69F·g-1.      

氧化石墨烯/壳聚糖复合微球的制备及其对铌的吸附性能

实验采用改进Hummers法合成了氧化石墨烯(GO),再用壳聚糖(CS)与GO制备了交联壳聚糖微球(GCCS)和GO质量分数分别为2%、5%、10%的氧化石墨烯/壳聚糖复合微球(GOCS),对其进行了表征,并研究了其对Nb的草酸配合物的吸附性能。结果表明,在1mmol/L的H_2C_2O_4溶液介质中,优化的吸附条件为GOCS中GO的质量分数为5%、pH=3。该吸附反应符合Langmuir等温吸附模型,为单层吸附,理论最大吸附量为38.46mg/g。动力学实验表明,该吸附反应符合准二级动力学模型。热力学实验表明,该吸附反应为自发反应、放热反应。采用5mL 1mol/L的HNO_3溶液进行洗脱实验,洗脱率为84.9%。3次吸附洗脱循环实验,吸附率和洗脱率并未出现明显下降,表明再生性能良好。     

静电自组装制备三维石墨烯包覆红磷用于锂离子电池负极材料

红磷具有低成本、比容量高等优点,但由于其本征电导率低,在脱嵌锂过程中体积变化大,导致其电化学性能稳定性差,严重制约了其商业应用。通过静电自组装的方法,将红磷包覆在高导电性的石墨烯中,采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等测试手段对其形貌、组分进行了分析,将其作为锂离子电池负极材料,并进行了相关的电化学测试。结果表明,相比于红磷粉末电极材料,石墨烯包覆红磷电极材料,具有更好的电化学稳定性,在循环100圈后,仍能保持933 mAh·g-1的比容量,远高于红磷粉末电极材料。这可以归结于高导电性的石墨烯可以提供有效的电子/离子传输,同时石墨烯包覆有助于抑制红磷颗粒的体积膨胀,保证了结构的稳定性。     

超级电容器用羧基氧化钌薄膜的充放电性能

以RuCl3.3H2O异丙醇溶液为前驱体,分别加热到250、270、300和400℃制备超级电容器用羧基氧化钌薄膜。借助红外光谱仪、扫描电镜、透射电镜和电化学分析仪等手段,研究薄膜的物相结构、微观形貌和电容性能。结果表明:经270℃保温2 h处理后,薄膜的成分为羧基氧化钌。随热处理温度升高,薄膜的比电容逐渐降低,快速充放电性能提高。薄膜的比表面积为88 m2/g;薄膜的比电容达到859 F/g,附着力为20.13 MPa,16 000次循环充放电后比电容保持在充放电循环前的99.7%。     

Novel 3D porous graphene decorated with Co_3O_4/CeO_2 for high performance supercapacitor power cell

Tremendous research efforts have been aimed at ever-increasing worldwide energy demand. For this purpose, the hybrid supercapacitor power cell were prepared composing 3D porous graphene decorated with Co_3O_4-CeO_2 nano-particles herein by using flower stem as biotemplate. The resulting samples were characterized by field emission scanning electron microscopy(FESEM), transmission electron microscopy(TEM), Raman spectra, X-ray diffraction spectroscopy(XRD), nitrogen adsorption and desorption, X-ray photoelectron spectrogram(XPS), and electrochemical test. The 3D graphene acted as an excellent carrier together with Co_3O_4-CeO_2 nano-particles, boosting the specific capacitance of composite(221 F/g), which exceeded the theoretical value limit. This facile biotemplate method of research provided an eco-friendly and cut-price route to obtain high-quality graphene and Co_3O_4-CeO_2nano-composites owing to the unique porous structure derived from original template(flower stem). The finding presented a simple strategy for fabrication of novel energy storage devices.     

去合金化制备纳米多孔NiCo_2O_4及其超电容性能

采用快速凝固与去合金化相结合的方法制备纳米多孔Ni-Co合金,退火后获得纳米多孔NiCo_2O_4材料,用XRD,SEM和TEM分析多孔NiCo_2O_4的相组成和微观结构,并通过循环伏安、恒电流充放电等方法测试多孔NiCo_2O_4电极的电化学性能。结果表明:前驱体Ni1.7Co3.3Al95合金经去合金化和退火后,可获得由10~15 nm厚的纳米片状骨架与孔径30~80 nm的孔隙共同构成的三维纳米多孔NiCo_2O_4。特殊的三维双连续结构使NiCo_2O_4电极表现出良好的超电容性能,在1 A/g的电流密度下,其比电容达755 F/g;当电流密度增加到20 A/g时,其比容保持率达76.6%,且在4 A/g的电流密度下经1000次循环充放电后,比容保持率达93.9%。     

Ni~(2+)复合MOF-5材料的制备工艺及其电化学性能研究

金属有机框架材料(Metal organic frameworks,MOFs)由于具有超高的比表面积和可调的孔结构,已成为超级电容器电极材料的研究热点。以硝酸锌(Zn(NO_3)_2·6H_2O)和对苯二甲酸(C_6H_4(COOH)_2,BDC)为原料,采用水热法制备了MOF-5材料,并将MOF-5与不同比例的Ni~(2+)复合制备了Ni-MOF-5复合材料。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射分析仪(XRD)对材料的表面形貌和结构进行了表征,采用Princeton和Arbin超级电容器测试系统对材料的电化学性能进行了测试。结果表明:复合不同比例的Ni~(2+)可获得不同形貌的Ni-MOF-5复合材料,当Ni~(2+)∶Zn~(2+)=0.50∶1.00(物质的量比)时,制得形貌均匀的微球富Ni颗粒,且其电化学性能优良,在电流密度为0.05 A/g的条件下,比容量达到400 F/g。     

自支撑二维Ti3C2Tx(MXene)薄膜电化学性能

采用LiF?HCl混合溶液刻蚀法刻蚀Ti₃AlC₂得到Ti₃C₂T_x(MXene)胶体溶液,通过真空抽滤法抽滤MXene胶体溶液得到柔性MXene薄膜。使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)等方法表征MXene的物相、形貌及化学元素,并采用循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗法等电化学测试手段研究MXene薄膜电极的电化学性能。研究显示:当电解液为H₂SO₄,MXene薄膜的厚度为6.6 μm时,在5 mV·s?1扫速下质量比电容达到228 F·g?1;同时随着扫速从5 mV·s?1提升至100 mV·s?1时,电容保持率为51%,是40.2 μm厚度MXene薄膜电极的3倍。该研究展示酸性电解液和较薄的薄膜厚度有利于提高MXene材料基超级电容器的性能。      

2,6-二氨基蒽醌/还原氧化石墨烯复合材料的制备及在锂有机电池的应用

采用水热合成法和冷冻干燥技术制备了2,6-二氨基蒽醌(2,6-AAQ)/rGO复合材料,通过氨基(—NH2)与羧基(—COOH)形成肽键(—CO—NH—)共价键,使其在电解液中的溶解问题从本质上得到了解决.SEM和EDS Mapping表明,2,6-AAQ/rGO-3复合材料中的2,6-AAQ呈现出高度的棒状结构,并且被石墨烯包裹得更紧密.这种独特的结构提高了2,6-AAQ在锂化过程中的电子导电性,可有效减少2,6-AAQ的聚集,利于电解质的浸润.XPS、XRD、FTIR和Raman结果表明,2,6-AAQ和rGO之间发生了水热辅助化学键合,形成了rGO包裹2,6-AAQ的结构.此外,非原位FTIR表征结果验证了2,6-AAQ/rGO-3具有良好的储锂性能,羰基(C=O)为反应位点.同时,紫外-可见光谱测试清楚表明,与2,6-AAQ相比,通过肽键连接的2,6-AAQ/rGO-3的溶解度显著降低,表明电化学性能大大提高.其中2,6-AAQ/rGO-3作为锂离子电池正极时,在100 mA·g^-1电流下,首圈放电容量高达212.2 mA·h·g^-1...     

Rare earth nanostructures based on PrO_x/CNT composites as potential electrodes for an asymmetric pseudocapacitor cell

Rare earth metal oxides have been widely used as pseudocapacitor electrodes owing to their unique physical and electronic properties.The present paper reports the synthesis and pseudocapacitor applications of praseodymium oxides,owing to their unique physical properties.PrO_x/unzipped carbonnanotubes were synthesized following a hydrothermal approach.Detailed morphological as well as electrochemical analyses were performed to elucidate how the unique properties of PrO_x affect the charge storage ability.Special emphasis was given on the effect of anion intercalation due to the surface oxygen vacancies in PrO_x which would contribute towards the pseudocapacitive energy storage.Oxygen intercalation was exploited for the first time in fluorite crystals for fast energy storage and a specific capacitance value as high as 1099 F/g was obtained with the electrodes.An asymmetric supercapacitor prototype was also fabricated with a V_2 O_5/graphene counter electrode and the energy and power density values obtained are as high as 52.08 Wh/kg and 2.9 kW/kg,respectively.