纳米氧化镍的超电容性研究

采用柠檬酸盐凝胶热分解工艺制备了比表面积达181m2/g,一次粒子粒径在20nm以下,孔径分布集中在4～10nm之间的纳米氧化镍粉体,其超电容性是由双电层电容和法拉第准电容共同组成,比容量可达80～102F/g,工作电位窗达1.2V,并具有良好的循环稳定性和阻抗特性,这种材料可作为超级电容器的电极材料.     

用于超级电容器的纳米氧化镍/石墨薄片/银复合电极材料的超声法合成及性能

通过简单超声法制备了球状NiO纳米颗粒、NiO/石墨薄片(NiO/GNS)和NiO/GNS/Ag纳米复合材料。在NiO/GNS和NiO/GNS/Ag复合材料中,GNS作为NiO和Ag纳米颗粒分散的模板,不仅有效避免了NiO和Ag纳米颗粒的团聚,还改善了复合材料的电化学性能。采用场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射对样品的成分、形貌和结构进行了表征。NiO/GNS/Ag复合材料(GNS质量分数为0.5%,Ag质量分数为3%)电极表现出优异的电化学性能。在1A/g时,其初始比电容为501.66F/g,2000次循环后其比电容衰减为440.45F/g。这表明所制备的复合材料是一种有应用价值的超级电容器电极材料。     

一种新型高比电容多孔氧化镍纳米片的制备

通过简单的两步方法合成了一种新型结构的多孔氧化镍(NiO)纳米片,分别利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨/投射电子显微镜(HR/TEM)对其晶体结构、形貌进行了表征,结果发现制备的NiO纳米片尺寸大约500nm,孔径大约30nm。此外,还对多孔NiO纳米片进行了电容性能测试,结果显示其比电容达到了326F/g,表明该多孔NiO纳米片具有较高的电容性能和潜在的应用价值。     

MnO_2-CNTs复合材料的合成及其超级电容器性能研究

采用液相沉淀法在碳纳米管（CNTs）的表面沉积MnO2纳米颗粒,制得了MnO2-CNTs复合材料。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）对材料的微观结构及成分进行了表征。利用电化学循环伏安和恒电流充放电对材料进行电化学性能测试,表明MnO2-CNTs复合材料结合了MnO2较高的质量比电容和CNTs较好的电化学稳定性的优点,质量比电容为220F/g。并将MnO2-CNTs复合材料与活性炭（AC）组装形成非对称超级电容器,发现MnO2-CNTs与AC质量比为0.75：1时,质量比电容达到最高,为306F/g。非对称电容器性能较对称电容器有较大幅度的提高,并且具有良好的电化学稳定性。     

纳米片状NiO的合成及电容性质

采用沉淀法在500℃下草酸溶液中合成了NiO纳米片。以扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、循环伏安曲线和充放电曲线等表征了所得NiO的形态、晶体结构和电化学性质。结果表明,所得到的NiO纳米片长度为100～150nm,宽度为30～50nm。NiO的纯度高,晶体结构为六方相。并且纳米片的形态和晶格常数随合成温度的改变而变化。由于纳米片形貌大大增加了表面氧化镍的比率,所得NiO纳米片具有较好的电容性质,循环伏安曲线包含两对较强的氧化还原峰,比电容量为157.89F/g。     

TiC@NiO核壳纳米结构的制备及电化学储能性能

以棉纤维为碳源和模板,采用生物模板法成功合成出直径50~200nm、长度几至十几微米的碳化钛纳米线,并通过化学浴沉积法在其表面均匀沉积氧化镍纳米片,所构建的TiC@NiO核壳纳米结构具有良好的超电容性能,制备成超级电容器后在1A/g电流密度下比电容量为560F/g,而类似条件下制备的NiO材料的比电容量仅为193.5F/g,并且TiC@NiO在20A/g电流密度下循环5000次后容量保持率达到83.6%,表现出了良好的循环稳定性。     

RuO_2/石墨烯纳米复合材料的合成及其电化学性能

通过水热反应和高温焙烧方法制备了负载RuO_2纳米粒子的石墨烯纳米复合材料(RuO_2/G)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构和形貌进行了表征。结果表明,在复合材料中,平均粒径为3.6nm的RuO_2纳米粒子均匀地负载在石墨烯片层上。该材料作为超级电容器的电极材料,表现出了良好的电容性能。当RuO_2的质量分数为35%时,在6mol/L KOH电解液中,复合材料的比电容为402.5F/g,且表现出了较高的能量密度(14 Wh/kg)和功率密度(50 W/kg)。该复合材料体现了石墨烯双电层电容和RuO_2赝电容的性质,为性能优异的储能材料。     

基于纸纤维/晶须状碳纳米管/活性炭三元无金属集流体复合纸电极的柔性超级电容器

以纸纤维(PF)为基体,晶须状碳纳米管(WCNT)和活性炭(AC)为功能添加物,采用真空抽滤法制成PF/WCNT/AC三元无金属集流体复合电极。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)光谱仪、拉曼(Raman)光谱仪对其进行表征和分析,采用两电极测试体系对组装的超级电容器性能进行测试。结果表明,与涂布法所得的铝箔集流体(Al/WCNT/AC)电极相比,由PF/WCNT/AC三元复合电极组装的超级电容器比电容大幅提高,并展现出良好的充放电性能。在1mV/s的扫描速率下比电容达325F/g,几乎是Al/WCNT/AC超级电容器(108.7F/g)的3倍。PF/WCNT/AC超级电容器在0.4A/g电流密度下的比电容为95F/g,在3.2A/g电流密度下的比能量与比功率分别为36.76 Wh/kg、5.52kW/kg。     

掺N多孔碳/氧化镍锰和碳微纳米管的联合制备与电容性能的研究

以煤基聚苯胺为碳氮源,乙酸镍、二茂镍为催化剂前驱体,采用分段控温热解工艺和KMnO_4氧化工艺,成功实现掺N多孔碳/氧化镍锰和碳微纳米管的联合制备。分析发现,碳微米管管径在150~400nm之间,碳纳米管管径在60nm左右,壁厚约10nm。多孔碳以介孔为主,BET比表面积为801.59m~2/g,BJH平均孔径为47.87nm;并成功实现N掺杂,部分N以结晶性良好的CNx的状态存在。氧化镍锰主要以NiO的化学状态存在,伴生有NiMn_2O_4和α-MnO_2;并以纳米片的形态附着在多孔碳表面或插入在孔隙中。制备的掺N多孔碳/氧化镍锰的比电容为387.18F/g(1A/g),1 000次充放电后的比电容保持率为81.48%(5A/g)。     

MnO_2/TiO_2复合物电极的制备及超级电容性能

采用水热法在阳极氧化的TiO_2纳米管阵列上修饰MnO_2,制备MnO_2/TiO_2复合物电极,并组装为对称超级电容器。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:MnO_2以纳米颗粒形态均匀分布在TiO_2纳米管阵列管口和内部,充放电电流密度在1A/g下时,比电容为429.3F/g,经5 000次循环后的电容保持率为82.4%。MnO_2/TiO_2对称超级电容器在电流密度5A/g下充放电比电容为39.9F/g,经5 000次循环后的电容保持率为91.5%;功率密度400 W/kg下,能量密度为18.98 Wh/kg。阳极氧化的TiO_2纳米管阵列既可做MnO_2的载体,基底Ti又可做集流体,减轻了超级电容器的质量,为制备超级电容器提供了一种思路。     

ZnO/In2O3纳米异质结的合成及其光催化性能的研究

通过热水解法成功制备出了形貌均一的ZnO/In₂O₃异质结光催化材料, 采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)以及透射电子显微镜(TEM)对样品的形貌及结构进行表征。结果表明: ZnO/In₂O₃异质结是由直径约200~300 nm、厚度约40~60 nm的六边形纳米片镶嵌着In₂O₃纳米小颗粒组成。对比纯ZnO、纯In₂O₃和该光催化材料对罗丹明B(RhB)的可见光降解效率, 发现ZnO/In₂O₃异质结光催化材料对RhB具有较高的光催化效率, 其原因是窄带系半导体In₂O₃能够有效地吸收可见光, 当ZnO与In₂O₃ 形成异质结时, In₂O₃能带上被可见光激发的电子会迁移到ZnO的导带上, 而光激发的空穴仍保留在In₂O₃价带, 这样有助于光生电子和空穴的分离, 降低其复合几率, 从而有效地提高了ZnO的光催化效率。     

Fe2O3纳米纤维锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究

Fe₂O₃具有理论比容量高和价格低廉等特点, 已成为锂离子电池负极材料的研究热点之一。实验以不同质量比PVP/FeCl₃溶液为前驱体, 静电纺丝技术制备PVP/FeCl₃纳米纤维并热处理, 得到不同直径的Fe₂O₃纳米纤维负极材料, 并以水热合成法制备了Fe₂O₃纳米颗粒。利用X射线衍射、热重、红外光谱、扫描电镜、透射电镜和恒流充放电等测试手段对材料的物相、微观形貌和电化学性能进行表征。结果表明, Fe₂O₃纳米纤维比Fe₂O₃纳米颗粒表现出更优的电化学性能, 直径为160 nm的Fe₂O₃纳米纤维负极材料的倍率性能和循环性能最佳, 材料在0.1 A/g电流密度下的可逆容量为827.3 mAh/g;在2 A/g电流密度下70次循环放电比容量有439.1 mAh/g。     

A two-step approach to synthesis of Co(OH)2/γ-NiOOH/reduced graphene oxide nanocomposite for high performance supercapacitors

A two-step approach was reported to fabricate cobaltous?hydroxide/γ-nickel?oxide?hydroxide/reduced graphene oxide (Co(OH)₂/γ-NiOOH/RGO) nanocomposites on nickel foam by combining the reduction of graphene oxide with the help of reflux condensation and the subsequent hydrothermal of Co(OH)₂ on RGO. The microstructural, surface morphology and electrochemical properties of the Co(OH)₂/γ-NiOOH/RGO nanocomposite were investigated. The results showed that the surface of the first-step fabricated γ-NiOOH/RGO nanocomposites was uniformly coated by Co(OH)₂ nanoflakes with lateral size of tens of nm and thickness of several nm. Co(OH)₂/γ-NiOOH/RGO nanocomposite demonstrated a high specific capacitance (745 mF/cm² at 0.5 mA/cm²) and a cycling stability of 69.8% after 1000 cycles at 30 mV/cm². γ-NiOOH/RGO//Co(OH)₂/γ-NiOOH/RGO asymmetric supercapacitor was assembled, and maximum gravimetric energy density of 57.3 W?h/kg and power density of 66.1 kW/kg were achieved. The synergistic effect between the highly conductive graphene and the nanoflake Co(OH)₂ structure was responsible for the high electrochemical performance of the hybrid electrode. It is expected that this research could offer a simple method to prepare graphene-based electrode materials.     

胆酸钴凝胶超分子自模板法制备一维纳米α-Co(OH)2及其电化学电容行为

以Co(NO₃)₂•6H₂O和胆酸钠溶液混合制备了超分子自组装凝胶纳米纤维, 以此凝胶纳米纤维为自模板, NH₃•H₂O为沉淀剂, 在温和条件下制备了纳米α-Co(OH)₂。X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)测试表征了其组成和微观结构。实验结果表明所得材料为纯相一维纳米纤维交错形成疏松网状结构的α-Co(OH)₂, 其直径在100~200 nm之间。用循环伏安和恒电流充放电等测试方法对α-Co(OH)₂电化学电容行为进行了研究, 结果表明: 所得α-Co(OH)₂在6 mol/L KOH溶液中, 0~0.5 V(vs Hg/HgO)电位范围内, 电流密度为1 A/g时, 其单电极比容量达到1200 F/g, 经过800周循环, 比容量稳定保持在初始容量的75%。其独特的纳米结构使其易于浸入电解液, 具有快速的电化学响应特性, 提高了电极材料的有效利用率, 这种自模板法为制备纳米电容器电极材料提供了简易的途径。     

介孔四氧化三锰纳米棒的快速低成本制备与电化学性能

仅以乙醇和四水合醋酸锰为原料, 快速低成本地合成了介孔四氧化三锰纳米棒, 并将其应用于锂离子电池负极材料。通过X 射线衍射、热重分析仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和比表面积仪等分析手段对四氧化三锰样品进行了表征。实验结果表明: 介孔四氧化三锰纳米棒的平均直径约为150 nm, 孔的尺寸范围为6~20 nm, BET比表面积高达37.3 m²/g。同时, 介孔四氧化三锰纳米棒负极材料在141 mA/g的电流密度下循环100次后可逆充放电容量为676.1和662.4 mAh/g, 而且其在不同的电流密度下继续循环80次后可逆放电容量高达850 mAh/g, 体现出了较高的容量、好的循环稳定性能和倍率性能。     

棒状多孔NiCo2O4粉末的可控制备及其电催化性能研究

以NiCl₂·6H₂O, CoCl₂·6H₂O和草酸为原料, 利用氨水为配位剂和溶液pH调节剂, 通过配位共沉淀-热分解法制备了棒状多孔NiCo₂O₄粉末, 采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜以及比表面积仪对前驱体和NiCo₂O₄粉末的形貌和结构进行了表征, 考察了溶液pH对前驱体粉末形貌和分散性的影响; 采用循环伏安法和计时电流法研究了乙醇在棒状多孔NiCo₂O₄粉末修饰的玻碳电极上的电催化性能。结果表明: 前驱体的形貌与溶液的pH有关, 热分解得到的NiCo₂O₄粉末继承了前驱体形貌, 呈多孔棒状, 比表面积为89 m²/g, 平均孔径为12.56 nm。该粉末对乙醇具有良好的电催化活性, 氧化峰电流与乙醇浓度、扫速的平方根均呈直线关系, 表明棒状多孔NiCo₂O₄粉末对乙醇的催化反应机理为扩散控制。     

活性炭模板法制备锡酸锌掺杂磷化合物及表征

选用磷酸活化后的活性炭为模板,NaSnO₃·3H₂O、ZnSO₄·7H₂O为原料,通过生物质模板法制备了锡酸锌掺杂磷(Zn₂SnO₄/P)化合物。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和N_2吸脱附等温线对制备的Zn₂SnO₄/P的结构、形貌进行表征。结果表明:Zn₂SnO₄/P为尖晶石结构,其形貌基本上和活性炭相匹配。其比表面积、孔体积和平均孔径分别为87m²/g、0.20cm³/g和9.0nm。     

TiO2/石墨烯复合物的制备及其嵌脱锂行为研究

以钛酸丁酯为TiO₂前驱体, 通过水热法制得TiO₂/石墨烯复合物。使用X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和电化学充放电等手段对材料进行了表征和分析。结果表明: TiO₂颗粒均匀地分散在石墨烯的表面, 复合物中石墨烯的含量为24.67%。当该材料用作锂离子电池负极材料时, 在2C的放电倍率下, 首次放电容量为384.35 mAh/g, 循环100次后的放电容量为130.26 mAh/g, 是纯TiO₂电极放电容量的2.93倍。与纯TiO₂电极相比, TiO₂/石墨烯复合物的电荷转移电阻较低。TiO₂/石墨烯复合物具有较好的倍率性能和较高的电化学反应活性。     

MoS_(2)/Ru异质结构的制备及其电催化析氢反应性能EI北大核心CSCD

二维层状二硫化钼(MoS_(2))是一种非常有前景的替代贵金属铂的电水解制氢催化剂。然而,MoS_(2)电子导电性较差,且在碱性氢析出反应(HER)中对水分子吸附/裂解的活化能垒较高,限制其在碱性电水解的应用。通过一步水热法将MoS_(2)纳米片均匀生长在三维导电碳布(CC)上,以有效提高电极导电性。随后在RuCl_(3)的乙醇溶液中通过溶剂热法可控制备超小Ru纳米颗粒负载MoS_(2)纳米片,形成CC@MoS_(2)/Ru异质结构。Ru的负载能有效促进水吸附/裂解反应,从而和MoS_(2)协同催化HER。采用X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等方法对MoS_(2)/Ru进行结构和形貌表征。结果表明:MoS_(2)呈纳米片状交错生长在碳布上,并且超小Ru纳米颗粒(平均粒径2.5 nm)均匀负载在MoS_(2)纳米片上。将CC@MoS_(2)/Ru作为工作电极,石墨棒和Hg/HgO电极分别为对电极和参比电极进行碱性HER测试。在电流密度为-10 mA·cm^(-2)下的过电位仅为71.3 mV,Tafel斜率为104.8 mV·dec^(-1)。通过对其进行计时电位滴定法稳定性测试,发现在恒电流密度-10 mA·cm^(-2)下能够维持至少35 h而没有明显性能衰减。     

Er3+掺杂TiO2空心球的制备及其光催化性能研究

以钛酸四丁酯、氧化铒、硝酸等为原料, 采用碳球模板法制备了TiO₂: Er³⁺空心球材料, 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等测试方法, 对样品的结构和形貌进行了表征。并利用紫外-可见(UV-Vis)分光光度计考察了TiO₂: Er³⁺空心球材料在催化染料罗丹明B、亚甲基蓝、茜素红、甲基橙的脱色降解过程中的应用性能。系统研究了Er³⁺掺杂浓度、不同离子型染料和染料水溶液的pH等因素对催化降解效率的影响。实验结果表明: 经600℃煅烧3 h制备的TiO₂: Er³⁺为锐钛矿晶型, 空心球结构, 尺寸均匀, 粒径约为120 nm, 比表面积约为60.5 m²/g; Er³⁺掺杂量为0.5mol%的样品对甲基橙染料的催化降解效率最高; 对四种不同离子型染料, 茜素红的催化降解效果显著, 在紫外光照射下, 催化效率较未掺杂Er³⁺的TiO₂提高了约30%。