三维石墨烯的可压缩性能及在超级电容器中的应用

以氧化石墨烯为原料,通过水热反应和高温焙烧过程制备了三维石墨烯柱状体材料。采用机械力学测试方法分析三维石墨烯的可压缩性能,将其作为超级电容器的电极材料测试其电化学性能。结果表明,三维石墨烯呈多孔网状结构,具有良好的可压缩性能和机械性能。电极片厚度为2 mm,铝塑外包尺寸为5 cm×6 cm的对称超级电容器在电流密度为0.1 A/g下比电容为175 F/g,在电流密度为1 A/g下充放电循环10 000次后比电容保持率为81.9%。在加载不同大小压力压缩状态下,其保持了良好的电容性能。     

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。      

三维石墨烯的制备及其在超级电容器中的应用

目的 三维石墨烯在实际应用中所呈现的性能与其理论模拟结果相差甚远,目前尚无系统的原因分析和改进方法总结,回顾三维石墨烯的发展历程及近几年国内外研究进展是必要的,为三维石墨烯在工业设计和生产制备超级电容器电极活性材料中的应用提供参考.方法 综述三维石墨烯的制备方法,阐述其在超级电容器中应用的研究,针对三维结构塌陷问题的解决办法、杂原子掺杂提高材料整体比电容及石墨烯基电容器的理论模拟等方面进行总结.结果 三维石墨烯的制备方法主要有自组装法和模板法,自组装法还原度普遍较低,电容值一般为100～300 F/g;模板法制备的石墨烯比表面积可达500 m2/g以上;多元素掺杂体系在高电流密度下的电容保持率普遍不足80％;关于分级多孔结构的理论模拟研究不足.结论 制备分级多孔结构的三维石墨烯、多元素掺杂体系理论研究、非对称超级电容器的研究及应用将受到学者的关注.     

碳化氧化石墨烯/壳聚糖超级电容器电极复合材料的制备及表征

采用Ar氛烧结碳化法在600℃、700℃、800℃及900℃下制备了基于氧化石墨烯（GO）/壳聚糖复合材料的超级电容器电极材料。通过XRD、SEM、FTIR及循环伏安等电化学手段,系统评价了碳化的GO/壳聚糖复合材料作为超级电容器电极材料的可能性。通过与文献报道的纯壳聚糖碳化材料的相关性能进行比较,结果表明：碳化GO/壳聚糖复合材料力学性能较纯壳聚糖碳化材料提高约67%,而且具有良好的电容器材料的性质。800℃碳化GO/壳聚糖复合材料样品的比电容达131 F/g,1 500次充放电后比电容保持率达97%。     

Ni2CoS4/还原氧化石墨烯/多孔还原氧化石墨烯的制备及其在超级电容器中的应用

采用水热法制备Ni_2CoS_4活性材料,通过物理过程和水热反应将其与氧化石墨烯(GO)、水热多孔氧化石墨烯(HHGO)复合得到Ni_2CoS_4/还原氧化石墨烯/多孔还原氧化石墨烯(Ni_2CoS_4/RGO/HRGO)复合电极材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安测试、恒流充放电测试和交流阻抗测试等,对复合材料的形貌结构、电化学性能进行了表征。研究结果表明:在1 A/g的电流密度下,其比电容为1 684 F/g,在5 A/g的电流密度下循环2 000次后,其比电容保持率为91.8%。Ni_2CoS_4/RGO/HRGO优良的电化学行为归因于这种复合结构使电解液对电极材料的润湿程度提高,进而提高了离子和电荷的传输速率,同时也缓解石墨烯、Ni_2CoS_4的团聚和循环过程中的体积变化。因此,Ni_2CoS_4/RGO/HRGO是一种有良好应用前景的高性能超级电容器电极材料。     

三维石墨烯复合材料的制备及其在超级电容器领域的研究现状

三维石墨烯具有独特的三维多孔结构,不仅增加了与电解液的接触面积,同时为固定在其表面的活性物质提供了快速的电子传输通道,有效地提高了超级电容器的电化学性能,使其被认为是最有前景的超级电容器电极材料。综述了目前获得多孔结构、大比表面积、优异导电性和良好力学性能的三维石墨烯的方法,并简述了其复合材料在超级电容器领域的应用现状。     

聚吡咯/氧化石墨烯复合电极的制备及性能研究

采用直流电电化学制备了聚吡咯和聚吡咯/石墨烯薄膜电极,研究发现聚吡咯/石墨烯复合电极表面产生了很多小孔和一些羊角状的结构,这可能是由于在聚合过程中,聚合围绕石墨烯吸附对甲基苯磺酸根离子形成的球状体所致。而这些小孔和羊角状的结构在电极的充放电过程中为内层聚吡咯提供了离子交换的通道。在循环伏安的测试中,当扫描速率达到1000mV/S时,聚吡咯/石墨烯复合电极的容量依然保持在229F/g,而纯的PPy电极的容量仅保持在112F/g。     

超级电容器电极材料

本文综述了碳基材料、金属氧化物及水合物材料和导电聚合物材料作为超级电容器电极材料的最新研究进展。     

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。     

超级电容器电极材料的研究进展

超级电容器是一种具有优异电化学性能的新型储能装置,文章介绍了超级电容器的储能机理和优点,论述了碳基材料、金属氧化物材料及导电聚合物材料的研究进展和作为超级电容器电极材料的要求,对未来的电极材料的研究方向作出了展望。     

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%。     

氧化石墨烯的制备及电化学性质研究

采用改进Hummers法来制备氧化石墨烯;通过循环伏安法、单电位阶跃计时电流法、塔菲尔曲线研究分散在DMF中的氧化石墨烯在Pt电极上的电化学性质,研究表明氧化石墨烯在Pt电极上电化学反应是一步不可逆的反应,并且此过程是受扩散控制;通过循环伏安法求得电荷传递系数α为0.03348。通过塔菲尔曲线可计算得交换电流密度i0为1.007×10-4 A/cm2。氧化石墨烯在Pt电极上成核机理的研究表明,氧化石墨烯在Pt电极上是按三维模式扩散控制下连续成核的。     

三维石墨烯-氧化镍纳米晶复合膜的电容性能

本文首先采用高温化学气相沉积技术(CVD)在泡沫镍模板上生长三维石墨烯(3DG),然后利用化学浴沉积在石墨烯表面沉积碱式镍沉淀,氩气退火后得吸附氧化镍纳米片晶的石墨烯复合膜(3DG/NiO)。X-射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱、场发射扫描电子显微镜(FESEM)表征表明:泡沫镍表面生长了致密的三维石墨烯膜,层与层之间呈现明显的堆垛方式;石墨烯膜表面吸附了大量的NiO纳米片状晶体,相邻的纳米晶相互连接形成多孔结构。循环伏安(CV)曲线研究表明:3DG/NiO膜可作为兼具双电层电容和赝电容性能的复合型电极材料。充放电曲线研究表明:3DG/NiO电极的稳定充、放电比电容处于350~400F·g-1之间,300次循环后仅衰减1.12%,库仑效率保持在95%以上。     

Electrochemical Deposition of ZnO Nanorods on Transparent Reduced Graphene Oxide Electrodes for Hybrid Solar Cells

Monocrystalline ZnO nanorods (NRs) with high donor concentration are electrochemically deposited on highly conductive reduced graphene oxide (rGO) films on quartz. The film thickness, optical transmittance, sheet resistance, and roughness of rGO films are systematically studied. The obtained ZnO NRs on rGO films are characterized by X‐ray diffraction, transmission electron microscopy, photoluminescence, and Raman spectra. As a proof‐of‐concept application, the obtained ZnO NRs on rGO are used to fabricate inorganic–organic hybrid solar cells with layered structure of quartz/rGO/ZnO NR/poly(3‐hexylthiophene)/poly(3,4‐ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (P3HT/PEDOT:PSS)/Au. The observed power conversion efficiency (PCE, η), ≈ 0.31%, is higher than that reported in previous solar cells by using graphene films as electrodes. These results clearly demonstrate that rGO films with a higher conductivity have a smaller work function and show a better performance in the fabricated solar cells.     

rGO/PANI/MnO2三元复合材料的制备和电化学性能

用水热合成法和冻干操作制备石墨烯/聚苯胺/二氧化锰三元复合材料(rGO/PANI/MnO₂),使用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)对其进行了表征。结果表明,用这种简单高效的方法制备的复合材料,具有相互交联的网络状结构和自支撑特性。在反应过程中MnO₂与聚苯胺形成不规则的块状结构,共沉积在石墨烯自组装形成的网络片层上。这种复合材料具有良好的电容性能,比电容为388 F·g-1(0.5 A·g^-1),优于单纯的石墨烯(rGO,234 F·g-1)和聚苯胺电极(PANI,176 F·g-1)。使用这种复合材料作为正极、rGO作为负极组装的一种不对称超级电容器,能在0～1.6 V范围内可逆循环,功率密度为17.48 W·kg^-1时最大能量密度为13.5 Wh·kg^-1。     

石墨烯/炭气凝胶的制备及其结构与性能研究

以间苯二酚(R)和甲醛(F)为炭前驱体原料, 通过溶胶-凝胶法制备石墨烯/炭气凝胶复合材料。采用XRD、Raman、SEM和N₂吸附/脱附等对样品进行结构表征。结果表明: 石墨烯为R和F的聚合提供形核场所, R和F首先在氧化石墨烯(GO)表面聚合, 随着RF含量的增加, 复合炭气凝胶(RF)结构从石墨烯薄片层为骨架的三维网络, 经RF基炭球包裹于石墨烯的网络结构, 最终转变为球形团簇交联的三维网络。石墨烯/炭气凝胶复合材料的比表面积随着RF的增加先增大后减小。当GO与RF质量比为1︰100时, GO/RF-100用作超级电容器电极材料, 在6 mol/L KOH电解液中的比电容达169 F/g, 具有较好的电容特性。     

Enhanced Photoelectrochemical Performance in Reduced Graphene Oxide/BiFeO3 Heterostructures

BiFeO₃ (BFO)‐based ferroelectrics have been proved to be visible‐light‐driven photoelectrodes for O₂ production. However, the hitherto reported photoelectrochemical performances remain inferior to meet the requirements for any applications. Besides, expensive noble metals (Ag, Au) are commonly required to achieve high photoelectric conversion efficiency. Here, the significant enhancements of photoelectrochemical performance is reported by fabricating a noble‐metal‐free reduced graphene oxide (RGO)/BFO composite film via a simple and cost‐effective solution process. The optimized RGO/BFO composite film exhibits a 600% improvement of the short‐circuit photocurrent density compared to that of the pristine BFO, and also outperforms the noble‐metal/BFO cells under the same reaction conditions. Furthermore, the incident photon‐to‐current efficiency of the optimized RGO/BFO sample shows threefold enhancement. This study delivers a facile and low‐cost approach to preparing 2D materials/ferroelectric heterostructures and offers a promising pathway to boost the performance of semiconducting ferroelectric photoelectrodes.     

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.