高比表面三维多孔石墨烯的制备及其电容性能研究

以氧化石墨烯为原料,通过水热处理得到石墨烯水凝胶,浸渍KOH溶液后进一步高温活化制备了高比表面积的三维多孔石墨烯,系统地研究了KOH活化剂用量对石墨烯多孔结构和电容性能的影响规律。研究结果表明,随KOH用量增加,三维多孔石墨烯的比表面积增加,多孔结构更加发达,比容量增大。所制备的三维多孔石墨烯的比表面积最高可达2133 m~2·g~(-1),在1 mol·L~(-1) Et_4NBF_4/AN的有机电解液中于0.2 A·g~(-1)电流密度下的比容量高达108 F·g~(-1),循环和倍率性能优异。优异的电化学性能,结合简单的制备工艺,使得这种方法制备的三维多孔石墨烯成为极具应用前景的超级电容器电极材料。     

石墨烯的微波法制备及其电化学电容性能的研究

以天然鳞片石墨为原料,采用改进的Hummers方法制备了氧化石墨,然后通过微波剥离还原氧化石墨制备了石墨烯,并利用红外光谱、扫描电镜和透射电镜对其进行了表征。以所制石墨烯为电极材料、1 mol/L的TEMABF4/PC为电解液制备了超级电容器,并对其电化学性能进行了研究。结果表明:经过微波剥离,氧化石墨的含氧基团已基本完全分解,所得石墨烯为表面具有大量褶皱的薄层。所制电容器具有良好的电容性能,在扫描速度为10 mV/s情况下,其单电极比容量为102 F/g,比能量则高达22.1 Wh/kg。     

纳米硅/还原氧化石墨烯复合纤维材料及其负极结构锂离子超级电容器

通过湿法纺丝工艺成功制备了纳米硅/还原氧化石墨烯复合纤维材料,并对其进行形貌表征与电化学性能测试。纳米硅颗粒嵌入石墨烯层间褶皱的结构具有限制硅材料在储锂过程中体积膨胀的作用,适于作为锂离子电容器负极。同时,研究了锂离子电容器多孔活性炭正极材料的双电层电容特性,通过组装成对称超级电容器,对其电化学性能进行测试,并结合材料的形貌,分析其作为锂离子电容器正极的合理性。为使正负极电荷匹配,分别对负极硅碳纤维和正极活性炭材料组装的锂离子半电池的倍率、循环稳定性、电化学阻抗等电化学性能进行了测试。结果表明,纳米硅/还原氧化石墨烯复合纤维材料的比容量最高可达826.2 mA·h/g(在电流密度为0.2 A/g时),活性炭比容量可达39.9 mA·h/g。组装成的锂离子电容器在合理的匹配条件下,充放电首圈循环比容量可达58.2 mA·h/g (在电流密度为0.2 A/g时),能量密度为26.8 W·h/kg,循环100圈后,比容量保持率降至41.7%。     

石墨烯量子点修饰的石墨毡电极的电容性能

以柠檬酸为原料,通过碳化制备石墨烯量子点(GQD)溶液,对制备的石墨烯量子点溶液进行超声使石墨烯量子点吸附在石墨毡表面。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和喇曼光谱对石墨烯量子点修饰的石墨毡进行表征。通过循环伏安(CV)曲线、电化学阻抗谱(EIS)和计时电位法研究其电化学性能。测试发现,该石墨毡电极在电流密度1 mA·cm-2下比电容高达2 394 F/g,在电流密度4 mA·cm-2下经过5 000次循环后稳定性达到95%。结果表明石墨烯量子点修饰的石墨毡电极具有优异的电化学性能,可以成为极具应用前景的超级电容器的电极材料。     

以杏胡壳为前驱体制备超级电容器炭材料

以杏胡壳为原料,依次采用高温炭化和表面氧化改性的方法制备活性炭电极材料;采用扫描电子显微镜(SEM)表征材料的形貌;室温下,在三电极电化学体系,以2 mol/L的KOH溶液作为电解液,通过循环伏安、恒流充放电、电化学交流阻抗和循环稳定测试分析炭电极材料的电化学性能。研究结果表明:经硝酸氧化改性后的杏胡壳活性炭的综合电化学性能得到了显著提高,在0.5 A/g电流密度下,杏胡壳活性炭质量比电容达到196 F/g。在2 A/g的电流密度下充放电循环2500次后,电容保持率达到99%,展现出优异的电化学性能。     

三维ZnO/CdS光电极的制备及其光电化学性能研究

采用两步水热法,在FTO基底上制备了ZnO/CdS阵列薄膜。利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对样品的形貌和结构进行了表征,发现通过改变水热前驱体溶液中的表面活性剂,可以有效改变ZnO/CdS光电极的形貌。制备了一维和三维结构的ZnO/CdS薄膜,以制备的薄膜作为光电极,研究了其光电化学性能,发现三维ZnO/CdS电极具有更高的光电流密度和能量转化效率,分析了电极光电化学性能提升的内在机制。     

石墨烯对多孔硅光学性能的影响北大核心

采用电化学腐蚀法,通过改变腐蚀电流密度制备出不同孔径的多孔硅衬底。通过荧光分光光度计对多孔硅进行光致发光性能测试,测试结果发现腐蚀电流密度会对其光致发光性能产生影响,当腐蚀电流密度为30 mA/cm^2时,制备出的多孔硅光致发光性能较好。通过湿法转移法将化学气相沉积(CVD)法制备出的石墨烯转移到多孔硅表面,利用喇曼光谱对石墨烯进行质量及层数检测。通过荧光分光光度计及傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对复合材料进行表征。结果表明石墨烯可以改变多孔硅表面态,使多孔硅的光致发光性能得到极大的提高。研究成果为多孔硅应用到光学传感器中提供了新的研究方向。     

钴酸锰/泡沫镍复合电极材料的制备及其电化学性能研究

利用两步法成功制备出两种MnCo_2O_4纳米等级结构材料,研究了其电化学性能。结果证实得到的纳米片为MnCo_2O_4纳米等级结构,并均匀生长在泡沫镍基底上,电化学性质测试表明,这种纳米片/泡沫镍复合电极表现出优异的电化学性质。这种优异的性质与介孔的Mn Co2O4纳米片这一新颖的结构有密切的关系,5 A/g时的比电容值高达475 F/g。MnCo_2O_4/泡沫镍复合材料是一种非常有潜力的超级电容电极材料,MnCo_2O_4纳米材料结构和形貌对超级电容器电极材料的电化学性质有较大的影响。     

3DG/CoSe2@NW锂离子电池负极材料的制备和电化学性能

为开发高效储存性能的锂离子电池(LIB),利用简单的溶剂热反应合成一维Co-硝基三乙酸(NTC)前驱体,与三维石墨烯(3DG)组装并高温退火后,制备了多维度、多孔的3DG/CoSe₂@纳米线(NW)负极材料。通过一系列的表征证明在纳米结构中,CoSe₂纳米粒子嵌入一维多孔碳NW中,该一维多孔碳NW被封装在3DG中。3DG/CoSe₂@NW用作LIB负极材料时,由于其独特的纳米结构,在0.1 A·g^-1电流密度下100次循环后比容量为725.6 mA·h·g^-1,在2 A·g^-1的大电流密度下进行500次的循环后,容量保持率为92.5%。电化学测试结果表明,以3DG/CoSe₂@NW为电极的LIB具有高比容量和优异的循环稳定性。     

α-Ni(OH)2/石墨烯纳米复合材料的制备及其电容性能研究

近年来,石墨烯复合材料作为理想基底用于电极材料的生长,在电化学的许多领域都得到了广泛的应用。以石墨烯和六水合硝酸镍为原料,用NaBH_4作为还原剂,在90℃低温条件下制备合成了具有纳米尺寸的α-Ni(OH)_2/石墨烯复合材料。研究了石墨烯与α-Ni(OH)_2的质量比不同时复合材料的电化学性能。结果表明:当质量比为5∶5时,复合材料显示了最佳的电化学性能:在0～0.47 V的电位窗口,0.2 A/g的电流密度下,比容量高达1280 F/g;2 A/g的电流密度下循环充放电测试2000次后,比容量仍然保持88%。因此,该复合材料作为一种理想的复合电极材料,可被应用到能量转化/储存系统中。     

不同孔结构碳电极材料亲电解质性改性及电化学性能研究

碳电极材料良好的亲电解质性能够促进电解质离子在其表面吸附/脱附,从而提高其电化学性能.为了探究亲电解质性对不同孔结构碳电极材料电化学性能的影响,采用悬浮聚合、可逆加成断裂链转移活性聚合和超浓乳液聚合分别制备碳微球、介孔碳和分级多孔碳,并将具有良好亲水性的聚乙二醇(PEG)分子刷接枝在三种碳材料的表面改善它们的亲水系电解...     

改良沉淀法制备氧化镍及其电化学性能

采用改良沉淀法制备了氧化镍,并研究了其结构和电化学性能。X射线衍射(XRD)分析表明所制材料为立方晶相的氧化镍,扫描电子显微镜(SEM)观测则显示所制NiO为由薄片堆积而成的直径约为500 nm的花球。电化学性能测试表明:在5 mA条件下,由所制氧化镍制成的电容器的起始比容量为405 F/g,随着循环次数的增加,其比容量减小,到200次时稳定于365F/g(为初始容量的90%)。     

(CoFe)Se2@NC超级电容器电极材料的制备及其电化学性能

金属-有机框架(MOF)衍生的过渡金属硒化物和多孔碳纳米复合材料具有巨大的储能优势,是应用于电化学储能的优良电极材料。采用共沉淀法制备CoFe类普鲁士蓝(CoFe-PBA)纳米立方,并通过静电组装在CoFe-PBA上包覆聚吡咯(PPy)得到CoFe-PBA@PPy;通过在400℃氮气中退火并硒化成功制备了氮掺杂的碳(NC)包覆(CoFe)Se₂的(CoFe)Se₂@NC纳米复合材料,并对其结构和形貌进行了表征。以(CoFe)Se₂@NC为电极制备了超级电容器,测试了其电化学性能,结果表明,在电流密度1 A/g时超级电容器的比电容达到1047.9 F/g,在电流密度5 A/g下1000次循环后具有良好的循环稳定性和96.55%的比电容保持率。由于其性能优越、无毒、成本低和易于制备,未来(CoFe)Se₂@NC纳米复合材料在超级电容器中具有非常大的应用潜力。     

Nitrogen‐Doped Graphene Ribbon Assembled Core–Sheath MnO@Graphene Scrolls as Hierarchically Ordered 3D Porous Electrodes for Fast and Durable Lithium Storage

Graphene scroll is an emerging 1D tubular form of graphitic carbon that has potential applications in electrochemical energy storage. However, it still remains a challenge to composite graphene scrolls with other nanomaterials for building advanced electrode configuration with fast and durable lithium storage properties. Here, a transition‐metal‐oxide‐based hierarchically ordered 3D porous electrode is designed based on assembling 1D core–sheath MnO@N‐doped graphene scrolls with 2D N‐doped graphene ribbons. In the resulting architecture, porous MnO nanowires confined in tubular graphene scrolls are mechanically isolated but electronically well‐connected, while the interwoven graphene ribbons offer continuous conductive paths for electron transfer in all directions. Moreover, the elastic graphene scrolls together with enough internal voids are able to accommodate the volume expansion of the enclosed MnO. Because of these merits, the as‐built electrode manifests ultrahigh rate capability (349 mAh g^?1 at 8.0 A g^?1; 205 mAh g^?1 at 15.0 A g^?1) and robust cycling stability (812 mAh g^?1 remaining after 1000 cycles at 2.0 A g^?1) and is the most efficient MnO‐based anode ever reported for lithium‐ion batteries. This unique multidimensional and hierarchically ordered structure design is believed to hold great potential in generalizable synthesis of graphene scrolls composited with oxide nanowires for mutifuctional energy storage.     

Dual Support System Ensuring Porous Co–Al Hydroxide Nanosheets with Ultrahigh Rate Performance and High Energy Density for Supercapacitors

Layered double hydroxides (LDHs) are promising supercapacitor electrode materials due to their high specific capacitances. However, their electrochemical performances such as rate performance and energy density at a high current density, are rather poor. Accordingly, a facile strategy is demonstrated for the synthesis of the integrated porous Co–Al hydroxide nanosheets (named as GSP‐LDH) with dual support system using dodecyl sulfate anions and graphene sheets as structural and conductive supports, respectively. Owing to fast ion/electron transport, porous and integrated structure, the GSP‐LDH electrode exhibits remarkably improved electrochemical characteristics such as high specific capacitance (1043 F g^?1 at 1 A g^?1) and ultra‐high rate performance capability (912 F g^?1 at 20 A g^?1). Moreover, the assembled sandwiched graphene/porous carbon (SGC)//GSP‐LDH asymmetric supercapacitor delivers a high energy density up to 20.4 Wh kg^?1 at a very high power density of 9.3 kW kg^?1, higher than those of previously reported asymmetric supercapacitors. The strategy provides a facile and effective method to achieve high rate performance LDH based electrode materials for supercapacitors.     

石墨烯微波制备的改进及其电化学性能研究

为寻找高效、环保的方法制备出性能优异的石墨烯超级电容器电极,采用制备氧化石墨的改进法得到酸、中性氧化石墨(S-GO、Z-GO),经微波膨胀得到不同形貌的石墨烯纳米片(WS-GO和WZ-GO),对WS-GO活化得样品HWS-GO;通过SEM、FT-IR和电化学工作站对样品的形貌、组成和电化学性能进行表征分析。结果显示:WS-GO比电容可达222 F/g,可逆性好,商业应用潜力大。     

石墨烯远红外消光性能测试研究

为了研究石墨烯的红外消光性能,采用氧化还原法制备了石墨烯,并通过扫描电镜图像、X射线衍射图谱确认了石墨烯的结构;利用烟幕箱实验和溴化钾压片法,测试了石墨烯的红外消光性能,并在同等条件下与石墨、碳纤维的消光性能进行了比较。结果表明：石墨烯在远红外波段的红外消光性能非常优异,对于8～14μm远红外波段,其平均质量消光系数约为2.10 m2/g,是同等条件下石墨平均质量消光系数的2.39倍,碳纤维的3.56倍,比传统的碳材料烟幕具有更好的红外干扰能力;溴化钾压片测试也表明,石墨烯在中远红外波段均表现出非常好的红外消光能力,优于传统碳材料烟幕。     

纳米MnO_2的水热合成及其在LiPF_6中的电容行为

以硫酸锰和次氯酸钾为主要原料,在酸性条件下水热合成了MnO2纳米丝球。通过XRD和SEM分析了MnO2的晶体结构和表面形态。应用循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗等方法研究了该MnO2电极在1mol/LLiPF6(DMC+EC)有机电解液中,0～2.5V的电位的电容行为。结果表明:样品为α-MnO2,丝球平均直径约20μm,单丝直径约80nm,长度在3～5μm。该MnO2电极具有良好的电容性能,180mA/g电流密度下初始比容量达129.3F/g,相应能量密度为45.7Wh/kg。     

Preparation,Structure, and Electrochemical Properties of Reduced Graphene Sheet Films

This paper describes the preparation, characterization, and electrochemical properties of reduced graphene sheet films (rGSFs), investigating especially their electrochemical behavior for several redox systems and electrocatalytic properties towards oxygen and some small molecules. The reduced graphene sheets (rGSs) are produced in high yield by a soft chemistry route involving graphite oxidation, ultrasonic exfoliation, and chemical reduction. Transmission electron microscopy (TEM), X‐ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Raman spectroscopy clearly demonstrate that graphene was successfully synthesized and modified at the surface of a glassy carbon electrode. Several redox species, such as Ru(NH₃)₆^3+/2+, Fe(CN)₆^3?/4?, Fe^3+/2+ and dopamine, are used to probe the electrochemical properties of these graphene films by using the cyclic voltammetry method. The rGSFs demonstrate fast electron‐transfer (ET) kinetics and possess excellent electrocatalytic activity toward oxygen reduction and certain biomolecules. In our opinion, this microstructural and electrochemical information can serve as an important benchmark for graphene‐based electrode performances.