MnCo2O4基超级电容器电极材料研究进展

工业的迅速发展创造了新的能源需求，超级电容器因其具有全面代替传统电池的潜力已对新能源领域产生了极大的推动力，成为当下的研究热点。目前，研究的焦点集中于如何提高超级电容器的能量密度这一关键瓶颈问题。在制备可提高电极比容量的新型电极材料的过程中，MnCo₂O₄作为一种赝电容超级电容器电极材料，因具有成本低、比容量高、电化学性能优异等特点而被深度研究。综述了当前阶段MnCo₂O₄电极材料的多种制备方法及MnCo₂O₄基复合电极材料在实际应用中的相关进展，并对MnCo₂O₄基复合电极材料的可能未来进行了展望。     

用于超级电容器的还原氧化石墨烯/NixMn1-x/2O2复合材料的电化学性能

MnO₂为有前景的超级电容器正极材料,具有较高的理论比电容及良好的循环稳定性,但电子电导性不佳限制了其应用。采用一步水热法制备了还原氧化石墨烯（RGO）/Ni_xMn_1-x/2O₂复合材料。通过XRD、SEM、TEM、FTIR、电化学分析等手段对制备的RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂物相组成、微观形貌和电化学性能进行了表征和分析。电化学测试结果表明：Ni元素的引入提高了MnO₂的电容性能,以水热法制备的MnO₂的比电容为66 F/g （扫描速度10 mV/s）,而Ni元素掺杂量x=0.02时,Ni_0.02Mn_0.99O₂比电容为111 F/g;材料中引入RGO后,RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂复合材料电容性能进一步提高,加入2wt%的RGO时,RGO/Ni_0.02Mn_0.99O₂的比电容为136 F/g。RGO的引入提高了活性材料的电子迁移速率,Ni元素的掺杂造成了MnO₂晶格中存在适量的点缺陷,提高了其导电性。以RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂为正极的超级电容器可同时具备双电层电容器和赝电容器的优点,以Ni掺杂MnO₂和RGO的负载协同提高了该复合材料电化学性能。     

Co3O4/碳复合超级电容器材料的研究进展

Co₃O₄作为超级电容器材料，因具有理论比容量高、价格成本低、无毒环保、储量丰富等优点而备受关注，但制备出电化学性能优异的Co₃O₄超级电容器材料仍是个巨大的挑战。通过与导电性突出的碳材料复合，增加了电子/离子的传输速度，提高了Co₃O₄超级电容器材料电化学性能。综述了Co₃O₄/碳复合超级电容器材料的合成方法，归纳了各个方法的优缺点，分析了影响Co₃O₄/碳复合超级电容器电化学性能的因素，最后，指出了Co₃O₄/碳复合超级电极材料所面临的问题和发展前景。     

简易合成MgCo2O4纳米线及其电化学性能研究

通过水热路径引入表面活性剂十二烷基磺酸钠在泡沫镍上成功合成出比表面积较大、超薄多孔的MgCo₂O₄纳米线。研究表明,MgCo₂O₄纳米线展示出紧密交织透明的网格状结构且在5 A/g的电流密度下,比电容高达2128 F/g。在40 A/g的情况下循环6000周次后,比电容保持了原始容量的98.4%。将该纳米线和活性炭分别作为正极和负极组装成非对称超级电容器,其比电容可达65.32 F/g且在功率密度为338.95 W/kg下能量密度可达20.41 Wh/kg。上述结果表明该非对称超级电容器是一个较好的储能装置,在实际应用中拥有良好的潜力。     

Fe3O4-氮掺杂生物炭材料催化芬顿反应吸附有机污水中磷酸根离子的研究

以竹粉废料为原料,利用尿素热解制得氮掺杂生物炭(NBC),再通过原位沉积法在生物炭表面生长纳米Fe₃O₄,得到Fe₃O₄-氮掺杂生物炭复合材料(NBC-Fe₃O₄)。以KH₂PO₄溶液模拟含磷废水测试了NBC-Fe₃O₄复合材料的吸附性能,结果表明复合材料在pH值7时达到最佳吸附效果,吸附效率接近100%,最大吸附量为20.3 mg/g;复合材料对磷的吸附符合朗格缪尔模型和二级动力学方程。另外,复合材料中含有大量的Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ),可以通过外加H₂O₂溶液形成芬顿氧化体系,实现同步催化降解腐殖酸和吸附磷酸根污染物。     

钒酸镍/生物质碳复合材料的制备及其作为超级电容器性能的研究

由于钒酸镍(Ni₃V₂O₈)中钒(V)和镍(Ni)元素存在多价态变化，具有化学活性高、理论比电容大，而受到广泛关注。以NH₄VO₃、H₂C₂O₄和Ni(CH₃COO)₂为试剂，蒲棒绒毛为原料，两步水热法制备了钒酸镍/生物质碳复合材料(Ni₃V₂O₈/BC)。结果表明：Ni₃V₂O₈/BC其在三电极体系下电流密度为1.0A/g时，具有较高的比电容为达到953F/g。因此，Ni₃V₂O₈/BC复合材料是作为高性能超级电容器的潜在材料。     

MnFe2O4/还原氧化石墨烯纳米复合材料的光学性能

由于纳米尺度的尖晶石结构金属氧化物独特的晶体结构和能带结构,使其具有广阔的应用前景。采用水热法合成了MnFe₂O₄复合还原氧化石墨烯(MnFe₂O₄/rGO)纳米复合材料,采用XRD、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、FTIR、XPS、拉曼光谱(Raman)、光致发光光谱(PL)和紫外-可见光谱漫反射(UV-vis DRS)对样品的晶体结构、形貌、元素分布、结合能和光学性能进行表征。结果表明,制备的MnFe₂O/rGO复合材料为立方尖晶石结构,形貌呈不规则的椭球形,颗粒大小比较均匀。rGO表面所负载的MnFe₂O₄纳米粒子被石墨烯部分包裹,颗粒尺寸小,分散性好。MnFe₂O₄/rGO复合材料的电子-空穴对的再结合效率降低,其中石墨烯具有较多缺陷,无序程度较高,含氧基团被聚乙烯吡咯烷酮(PVP)部分还原,数量大大减少。MnFe₂O₄/rGO复合材料的带隙小于纯MnFe₂O₄带隙,发生了红移现象。      

一步合成Mn3O4@RGO复合材料及其非对称超级电容器的应用

在乙醇胺和水组成的混合溶剂中, Mn(Ac)₂与氧化石墨烯一步反应得到还原石墨烯(RGO)与黑锰矿纳米颗粒(Mn₃O₄)组成的复合材料Mn₃O₄@RGO。以Mn₃O₄@RGO为正极, RGO为负极, 组装得到了具有优良储能性能的非对称型超级电容器Mn₃O₄@RGO//RGO。基于活性物质的总质量, 电容器的最大能量密度可达21.7 Wh/kg, 相应的功率密度为0.5 kW/kg; 同时, 最大功率密度为8 kW/kg时, 对应的能量密度为11.1 Wh/kg。Mn₃O₄@RGO//RGO还表现出良好的循环稳定性, 在经历5000次循环后, 比电容依然保持88.4%。电容器的良好储能性能可归因于在RGO表面生长的高密度Mn₃O₄纳米颗粒和RGO的良好导电性能。     

高性能Fe2O3的制备及其超级电容性能研究

Fe₂O₃具有成本低、无毒、来源丰富、对环境友好等优点,被认为是一种极具应用前景的水系超级电容器负极材料,然而它也存在电导率低、循环稳定性和倍率性能差等缺点。采用水热法和热处理法在碳纸上制备获得了N、S共掺杂的Fe₂O₃。研究结果表明,N和S掺杂未改变材料的物相,但却使材料的形貌由纳米线组成的网状结构变为一层致密多孔的薄膜。其次,由于导电性的提高和反应活性位点的增多,材料表现出较高的比电容(473.2 mF/cm²,2 mA/cm²下)、优越的倍率性能(85.5%,2～20 mA/cm²)和良好的循环稳定性(96%,15 mA/cm²,10 000圈),还具有更高的电化学反应可逆性和库伦效率。最后将N、S-Fe₂O₃与商业活性炭组装了水系非对称型超级电容器,其体积比电容为2.1 F/cm³(1 mA/cm²下)。将两个组装的超...     

锐钛矿型TiO2 / MnFe2O4 核壳结构复合纳米颗粒的制备及其光催化特性

采用柠檬酸盐前驱体技术, 合成了粒径约为20～70 nm 的尖晶石结构MnFe₂O₄ 纳米颗粒, 用聚乙烯亚胺( PEI) 对MnFe₂O₄ 纳米颗粒进行表面处理后, 以异丙醇钛为前驱物, 采用sol2gel 法在纳米MnFe₂O₄ 表面包覆锐钛矿型TiO₂ 纳米层形成核壳结构。利用透射电子显微镜( TEM) 、X射线衍射仪(XRD) 和振动样品磁强计等测试手段对样品的结构、形貌、粒径以及磁学性能等进行了表征。采用罗丹明B 的光催化降解反应对所制催化剂的活性进行了评价。结果表明, 核壳结构TiO₂ / MnFe₂O₄ 复合纳米颗粒的光催化活性随着壳层厚度的增加而增强,当达到一定厚度以后, 其催化活性不随壳层厚度的增加而改变。复合颗粒中TiO₂ 含量达到30 wt % , 反应时间4 h时, TiO₂ / MnFe₂O₄ 磁性光催化剂对罗丹明B 的光降解率达到100 % , 与纯TiO₂ 纳米粉体的催化活性相当, 且光催化活性稳定, 是一种便于回收、可重复使用的高效光催化剂。      

用于高性能超级电容器电极的栓皮栎基多孔活性炭的制备

本研究以空腔细胞组成的栓皮栎为原料, KOH为活化剂制备了具有多孔结构的栓皮栎软木基多孔活性炭。以此方法制得的活性炭呈薄片状外形, 最大比表面积达到2312 m ²/g, 具有特殊的微孔-介孔结构。在呈碱性的KOH三电极体系中, 0.1 A/g电流密度时比电容达296 F/g; 两电极体系中, 5 A/g时的比电容达到201 F/g, 循环5000次后电容保持率达99.5%。在呈中性的Na₂SO₄两电极体系中, 电流密度0.5 A/g (174 F/g)至50 A/g (140 F/g)时电容保持率达80.5%, 倍率性能良好, 能量密度高达19.62 Wh/kg。     

组氨酸功能化碳点/石墨烯气凝胶的制备及超级电容器性能

通过一步水热法制备组氨酸功能化碳点/石墨烯气凝胶(His-CDs/GA)。该材料具有独特的三维多孔结构、丰富的含氮和含氧官能团, 有利于电解液离子的快速扩散和提供更多的活性位点。当GO与His-CDs的质量比为2 : 1时, His-CDs/GA-2在1 A·g ^-1电流密度下比电容达到304 F·g ^{- 1}, 比GA(172 F·g ^-1)提高了76.7%; 当电流密度从1 A·g ^-1增加到50 A·g ^-1, 其比电容保持率为71.4%; 在电流密度10 A·g ^-1下, 循环充放电30000次后, 比电容仍保留93.5%。由His-CDs/GA组装的对称超级电容器展现出高能量密度(在功率密度为250 W/kg时, 能量密度达到10.14 Wh/kg)和良好的循环性能(在5 A·g ^-1下循环充放电20000次后, 比电容保持率为88.4%)。结果表明, His-CDs/GA是一种应用前景广阔的超级电容器电极材料。     

二硫化钼用作不对称型电化学电容器的负极材料

利用二硫化钼(MoS₂)在较低电势范围内可逆储锂的现象, 采用二硫化钼作为负极材料,和活性炭(AC)正极材料配伍, 组装成混合型电化学电容器, 在锂基有机系电解液中其电压可高达3.4 V。使用XRD和SEM等测试手段对负极材料的物性进行了表征,探讨了负极材料的储能机理, 并考察了正负极质量比对负极储锂容量的影响。电化学性能测试结果显示电容器具有较高能量密度和功率密度, 分别达到28.7 Wh/kg和1203.4 W/kg, 电容器也表现出较好的循环稳定性, 在0.4 A/g电流密度下, 经1000次循环后容量保持率高达76.6%。     

聚3，4-乙烯二氧噻吩/纳米多孔金复合电极的制备及其在超级电容器中的应用

通过一步法将单体3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)电化学聚合到具有高导电率和大比表面积的纳米多孔金(NPG)上,成功制备了具有完美核壳结构的聚3,4-乙烯二氧噻吩/纳米多孔金（PEDOT/NPG）复合电极材料。通过SEM、TEM、Raman和X射线能谱仪对复合电极材料的形貌、微观结构、振动特性和元素组成进行了分析和表征。使用电化学工作站对其电化学性能进行了系统的研究。在三电极体系中,PEDOT/NPG复合电极材料在3 A/g的低电流密度下,质量比电容可以达到555 F/g,其能量密度和功率密度分别为177.58 W·h/kg和1.73 kW/kg。同时该电极材料经过2 000次循环伏安测试后仍然可以保持最大电容的91.5%,电化学性能优异。      

NiCo2S4@ACF异质电极材料的绿色制备及其超级电容性能研究

传统的NiCo₂S₄硫化过程需要高温加热, 耗能较大, 并且单纯的硫化物导电性差。本工作通过绿色环保的室温硫化法成功制备出以活性炭纤维(ACF)为核, NiCo₂S₄为壳的复合异质结电极材料(NiCo₂S₄@ACF)。NiCo₂S₄@ACF复合电极材料的层状结构, 有效增大了与电解液的接触面积, 改善了电子的传输路径, 使其具有更优良的电化学性能。当电流密度为1 A/g时, 其比电容值高达1541.6 F/g (678 μF/cm²)。另外, NiCo₂S₄@ACF和ACF分别作正负极组装成的非对称超级电容器(Asymmetric Supercapacitors, ASC)展现了良好的电化学性能: 能量密度高, 当功率密度为800 W/kg时, 能量密度高达49.38 Wh/kg; 循环性能稳定, 循环充放电2000圈后比电容仍能保持90.27%。研究表明, NiCo₂S₄@ACF复合电极材料是一种应用前景广阔的超级电容器电极材料。     

NF/PDMA/MnO2-Co电容电极对低浓度Pb2+的电吸附特性

在泡沫镍基体上进行阳极电沉积制备了NF/PDMA/MnO₂-Co电极,使用FESEM-EDS、XPS和Raman谱、循环伏安和电容吸脱附测试等手段表征了复合电极的结构和评价其电容特性和对Pb²⁺的吸附行为。结果表明,在电流密度为1 mA/cm²、30℃和3 min条件下制备的NF/PDMA/MnO₂-Co复合电极,在Pb²⁺浓度为20 mg/L的模拟废水中有比较高的比电容值(208.8 F/g),对Pb²⁺有较高的吸附容量(59.9 mg/g);PDMA底层与Co掺杂MnO₂表层的协同作用提高了MnO₂电极电容和吸附性能;吸附动力学拟合表明,复合电极的吸附过程受物理、化学吸附混合控制,并受离子传质和孔隙内扩散的限制;电极的稳定性好,4次循环吸附后的吸附量仍达到51.7 mg/g。     

高性能自支撑不锈钢网@MoS2锂离子电池负极材料

为了提高MoS₂作为Li离子电池负极材料整体的导电性和稳定性,将纳米化的MoS₂与其它导电性好的材料进行复合,通过水热法在导电基底不锈钢网(Stainless steel net, SS)上原位合成了一层MoS₂纳米花,制备了无粘结剂的自支撑结构的SS@MoS₂负极材料。纳米花状的MoS₂和导电性优异的SS提高了电子和Li离子的扩散速率,同时改善了电极的反应动力学。当作为Li离子电池负极材料时,SS@MoS₂电极表现出优异的储Li性能,特别是具有显著的大倍率充放电性能,即在1 000 mA/g的大电流密度下循环600次,比容量仍保持在862.1 mA·h/g。      

中间相沥青基活性泡沫炭的制备及其电化学性能研究

以中间相沥青为前驱体,经自挥发发泡法、KOH活化法制备的中间相沥青基活性泡沫炭作为超级电容器电极材料。采用扫描电镜、X射线衍射和低温(77K)N2吸附法对中间相沥青基活性泡沫炭的表面形貌和微观结构进行表征。中间相沥青基活性泡沫炭的比表面积为2700m2/g,总孔孔容为1.487cm3/g。通过恒流充放电、循环伏安和交流阻抗测试,考察了中间相沥青基活性泡沫炭作为超级电容器电极材料的电化学性能。在电流密度为0.02A/g时,中间相沥青基活性泡沫炭的比容量为240.48F/g,能量密度为33.4Wh/kg;在电流密度为5A/g时,比容量为166.68F/g,具有良好的电化学特性。     

La(Co0.2Cr0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2)O3钙钛矿高熵陶瓷粉体的制备及其电学性能

采用共沉淀法结合煅烧工艺制备La(Co0.2Cr0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2)O3钙钛矿结构高熵陶瓷粉体,显著降低了材料的合成温度.采用不同手段对其进行物相及形貌表征,研究结果表明,当煅烧温度为800℃时,样品已经形成钙钛矿结构,但有少量第二相;当煅烧温度为1000℃时,La(Co0.2Cr0.2Fe0.2Mn...     

Si@环化聚丙烯腈/多壁碳纳米管负极复合材料的制备及电化学性能

通过简单高能球磨和高温热解法制备了锂离子电池Si/C电极复合材料,聚丙烯腈（PAN）包覆的纳米颗粒（Si@PAN）与多壁碳纳米管（MWCNTs）混合,制得Si@环化PAN/MWCNTs（Si@c-PAN/MWCNTs）复合材料作为锂离子电池的负极材料。包覆在纳米Si外层的高温热解后的PAN能够有效缓冲Si在充放电过程中巨大的体积变化产生的应力,同时MWCNTs作为Si@c-PAN的基体阻止Si@c-PAN颗粒的团聚,也提高了Si@c-PAN/MWCNTs复合材料电极的导电性能。电化学测试结果表明,Si@c-PAN/MWCNTs复合材料电极在电流密度为0.2 A/g时,其首次放电比容量达到2 098 mA?h/g,库伦效率达到86%;循环50次后Si@c-PAN/MWCNTs复合材料电极的可逆比容量仍能够达到1 278 mA?h/g,在2 A/g放电时其比容量为600 mA?h/g,仍保持良好的循环稳定性。