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。     

滴加速率对TiO2/RGO复合材料结构和储钠性能的影响

以钛酸丁酯为前驱物,无水乙醇为溶剂,采用溶胶-凝胶法和热处理法制备了钠离子电池TiO_2/还原氧化石墨烯复合负极材料(TiO_2/RGO),研究了溶胶-凝胶法过程中反应物钛酸丁酯滴加速率对TiO_2/RGO复合材料形貌结构及储钠性能的影响。结果表明,TiO_2/RGO复合材料由锐钛矿相TiO_2和还原氧化石墨烯组成,TiO_2富集在RGO片层边缘。电化学测试结果表明,随着滴加速率的增大,首次放电比容量和库伦效率呈现先增大后减小的趋势;当滴加速率为1.0mL/min时,TiO_2/RGO复合材料具有良好的储钠性能,在1C(1C=20mA·g~(-1))倍率下首次放电比容量和库伦效率分别为140.14mAh·g~(-1)和27.92%,具有良好的循环和倍率性能。     

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.     

钠离子电池TiO_2/还原氧化石墨烯负极材料的制备及储钠性能

由于钠离子半径比锂离子半径大70%,使得钠离子在石墨电极材料中脱嵌较困难,需要对石墨负极材料进行改性。以天然石墨为原料,采用Hummers法制备氧化石墨烯;在此基础上以钛酸丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了TiO_2前驱体/氧化石墨烯(TiO_2/GO)复合材料,通过热处理获得锐钛矿型TiO_2/还原氧化石墨烯(TiO_2/RGO)复合材料。电化学测试结果表明:TiO_2含量为15wt%的TiO_2/RGO复合材料在电流密度为20mA·g~(-1)下的首次放电比容量为74.08mAh·g~(-1),随着循环次数的增加,放电比容量逐渐增大,循环50次后达109.10mAh·g~(-1);充放电效率也呈现出逐渐增大的趋势,循环50次后达65.59%。而纯还原氧化石墨烯首次放电比容量为41.43mAh·g~(-1),循环50次后仅为20.47mAh·g~(-1)。     

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。     

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。     

TiO_2/石墨烯复合锂离子电池负极材料的研究

采用简单、绿色环保的方法制得TiO_2/石墨烯(TiO_2/G)复合材料,并采用SEM、TEM和XRD对TiO_2/石墨烯复合材料进行了表征。研究结果表明,TiO_2纳米颗粒均匀地分散在石墨烯片层中,改善了TiO_2纳米颗粒的导电性和结构稳定性;TiO_2/石墨烯复合材料的首次放电比容量为302mAh/g,循环50周后的放电比容量仍能保持89.93%,具有优异的电化学性能。     

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。     

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。     

Pt/TiO2-NTs复合材料的制备及其甲醇电氧化机理研究

采用水热法合成锐钛矿型TiO2纳米管(TiO2-NTs),并以其为载体制备了Pt/TiO2-NTs复合材料。用TEM、XRD对复合材料的形貌和结构进行了表征,TEM测试表明Pt纳米粒子以簇状形式均匀地分散在TiO2纳米管表面。运用循环伏安法研究了Pt/TiO2-NTs复合材料在不同条件下对硫酸中甲醇的电催化活性,并讨论了甲醇的电氧化机理。结果表明,Pt/TiO2-NTs复合材料具有出色的电催化活性。因此,TiO2-NTs被认为是非常有潜力的燃料电池贵金属催化剂载体材料。     

Sn量子点/石墨烯复合材料的合成及储锂性能

Sn基材料是目前高容量锂离子电池电极材料研究的热点,但循环性能较差阻碍了其大规模应用。以氧化石墨烯为载体,通过化学还原法在载体表面成功均匀负载<10 nm的Sn量子点,合成Sn量子点/石墨烯(SnQds/rGO)复合电极材料。结果表明,Sn质量分数为90wt%的SnQds/rGO复合材料具有良好的综合电化学性能,首次放电容量和库伦效率分别为939 mAh/g和66.6%,经过200次循环后容量可达621 mAh/g,容量保持率为66.1%。小尺寸的Sn量子点与石墨烯复合能够增强电极材料的结构稳定性和降低阻抗,改善电极材料的循环性能和倍率性能,但会导致首次库伦效率有所降低。      

液相制备石墨烯/硫复合材料及其在锂硫电池正极中的应用

采用氧化石墨烯(grapheneoxide,GO)作为制备石墨烯的前驱体,通过液相还原自组装过程与硫纳米颗粒进行复合,获得了高性能的还原氧化石墨烯/硫(r GO/S)复合正极材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱分析(XPS)等对材料微观形貌与结构进行表征。结果表明:硫纳米颗粒均匀分布在石墨烯片层间,并且硫纳米颗粒被石墨烯片层有效地封装,硫在35-r GO/S复合物中的质量分数高达83.6%。该35-r GO/S复合正极在0.2C电流密度下初始放电容量可达1197.3mAh·g^-1,经过200次循环后容量仍保持在730mAh·g^-1左右,表现出优异的循环性能。     

球状纳米二氧化钛/石墨烯复合材料的合成及导电性能

采用改进的水热法制备二氧化钛/石墨烯(TiO2/G)复合导电材料,并研究水热温度以及石墨烯用量对TiO2/G复合材料导电性的影响。利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电化学阻抗谱等测试手段对复合材料的结构,微观形貌以及导电性能进行表征,并确定最佳的水热温度以及石墨烯的最佳添加量。结果表明:石墨烯添加量为5%(质量分数),水热温度为160℃,TiO2/G复合材料的导电性最佳,其电阻率为13.46Ω·cm。复合材料中TiO2纳米颗粒为球状的锐钛矿相,直径为100~200nm左右,且均匀生长在石墨烯片层表面。其中,TiO2纳米颗粒生长于石墨烯片层上,有效地阻止石墨烯片层的聚集,有利于石墨烯片层间形成导电网络,提高电子迁移效率,赋予二氧化钛复合材料优异的导电性能。     

Influence of reduced graphene oxide on mechanical behaviors of sodium carboxymethyl cellulose

Sodium carboxymethyl cellulose/reduced graphene oxide (NaCMC/rGO) nanocomposite films were prepared by a simple solution mixing-evaporation method. The NaCMC/rGO nanocomposite films were characterized and compared with sodium carboxymethyl cellulose/graphene oxide (NaCMC/GO) nanocomposite films. The stability of the rGO dispersion, and the structural and mechanical properties of the composite films were investigated by UV–Vis spectrophotometry, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy, and using a universal testing machine (UTM). The results revealed that CMC and rGO were able to form a homogenous mixture. Compared with pure CMC, the tensile strength and Young's modulus of the CMC/rGO nanocomposite films were considerably enhanced (by 72.52% and 131.79%, respectively) upon incorporation of 2 wt% rGO.     

三维多孔结构聚苯胺/石墨烯复合材料的制备及电化学性能

以自制聚苯胺水凝胶和氧化石墨烯为原料采用原位聚合法和溶液灌注法制备三维多孔结构的聚苯胺/氧化石墨烯复合材料,然后在氢碘酸的还原下制备聚苯胺/石墨烯复合材料。采用红外光谱法、场发射扫描电子显微镜和热重分析法对制备的复合材料的结构、形貌和组成进行表征,并采用三电极测试方式对其电化学性能进行测试。结果表明,氧化石墨烯的掺入能有效防止聚苯胺和氧化石墨烯的团聚和堆叠问题,获得了具有良好三维多孔结构的聚苯胺/氧化石墨烯复合物;聚苯胺/氧化石墨烯复合材料被氢碘酸还原后,得到的聚苯胺/石墨烯复合材料的热稳定性有所降低,但其比电容和导电性等有了很大的提高,在电流密度为0.5 A/g时,PANI/GO和PANI/r GO的比电容分别为240.38 F/g和321.91F/g。     

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%。     

一步法制备三维还原氧化石墨烯/NiO超级电容器电极材料及其性能研究

本研究以氧化石墨烯分散液(GO)和硝酸镍(Ni(NO₃)₂·6H₂O)为前驱体, 通过一步水热法制备自支撑三维还原氧化石墨烯/NiO复合电极材料(3D rGO/NiO)。用XRD和SEM等分析结果表明, 纳米NiO颗粒均匀分散在三维多孔石墨烯表面。当GO与Ni(NO₃)₂·6H₂O质量比为1 : 4时, 3D rGO/NiO在电流密度为1 A·g^-1 下比电容可达1208.8 F·g^-1; 当电流密度从0.2 A·g^-1增加到10 A·g^-1时, 复合电极材料电容保持率高于72.6%; 在电流密度为10 A·g^-1下进行恒流充放电循环测试10000次后, 其比电容仍然保持为初始比电容的93%, 表明该复合电极材料具有良好的倍率性能和循环稳定性能。3D rGO/NiO复合电极材料具有比纯NiO或rGO更优异的电化学性能。