氮磷共掺杂三维石墨烯的制备及其电化学性能的研究

有机元素共掺杂能有效改善碳材料的电容性能。通过氮、磷共掺杂合成三维石墨烯(N/P-G)电极材料。通过XRD、SEM、TEM、XPS等对样品微观结构和表面物性进行表征。结果表明,当掺杂氮含量为7.03%,磷含量为4.62%,所合成N/P-G的比表面积可达156.138 m2·g-1,其平均孔径为4.45 nm,同时具有三维多孔结构。电化学性能研究表明,在1 A·g-1电流密度下比电容高达145.4 F·g-1,在16 A·g-1电流下比电容仍可保持100.8 F·g-1。所制备的氮磷共掺杂石墨烯作为电极材料可以应用于超级电容器中,前良好。     

石墨烯基气凝胶的制备及其超电容性能研究

采用氧化石墨烯自组装法制备出氧化石墨烯气凝胶(GOA),并采用高温(1100℃)氢气还原进一步制备石墨烯气凝胶(GA)。采用氮气吸附、FT-IR、元素分析和电化学测试等手段对其进行表征。结果表明:制备的两种气凝胶具有较高的BET比表面积(均约为870 m2·g-1);GOA表面具有丰富的含氧官能团,GA表面氧含量极低;GOA与GA的碳氧摩尔比分别为1.7和69.9;在低电流密度下(0.2 A·g-1),具有高表面官能度的GOA比电容达155.8 F·g-1,而低表面官能度的GA表现出高倍率的超电容性能。     

石墨烯/二氧化锰复合材料的制备及其电化学性能

通过水热法在160℃条件下成功制备了手风琴状石墨烯/MnO2复合材料.通过场发射扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、X射线能量色散谱、BET法以及拉曼光谱对材料进行表征.结果表明,手风琴状二氧化锰与层状石墨烯之间具有十分高效的贴合,这种创新性设计有效地利用了石墨烯的高电导率、大比表面积以及二氧化锰的优秀赝电容行为.电化学测试结果给出在0.2 A·g-1时,样品的比电容高达138 F·g-1,数倍增强于单独的二氧化锰或石墨烯样品.     

N,S双掺杂活性炭的制备及其电化学电容性能

以人发和蔗糖为炭源,通过水热碳化法和相继的KOH活化法,成功制备了N,S双掺杂活性炭.通过SEM、氮气吸附和XPS对所制备的碳材料的形貌、结构和表面性质进行了详细的表征.在6mol·L-1 KOH电解液中,对所制备的碳材料的电化学电容性能进行了测试.由于N、O、S等多种类的元素掺杂所表现出来的协同效应,所制备的碳材料表现出较大的赝电容,在6mol·L-1KOH电解液中的比电容值可以达到174.5F·g-1.实验利用可再生生物质,成功制备出了多种杂原子掺杂的碳材料,该碳材料拥有高比表面积和优异的电化学性能.     

中等比表面积高容量活性炭电极材料制备和表征

以天然高分子椰壳为原料,采用ZnCl2,预活化和CO2/水蒸气活化的二次活化法制备活性炭.用氮气吸附和傅里叶红外表征活性炭材料的比表面积,孔结构以及表面化学性质.结果显示,所制备的活性炭比表面积和孔径可调,中孔率为16.3%～36.9%.经首步活化的中间炭具有丰富的微孔和表面官能团,并随着第二步活化时间的增加逐渐分解,同时伴随着炭烧失率增加,导致比表面积、孔容和孔径的增大.以制备的活性炭作为电极材料,6 mol·L-1 KOH电解液构成模拟电容器.采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等方法研究了其电化学性能.结果显示,含氧官能团增加了活性炭表面的润湿性,并对比电容的增加有较大的贡献;而炭材料的比表面积增加对比电容有负面影响.中等比表面积968 m2·g-1样品的比电容达到278 F·g-1,面积比电容高达29μF·cm-2.     

高电化学性能三维网状氮掺杂石墨烯的制备

以氧化石墨烯(GO)为原料,三聚氰胺为还原剂和氮掺杂剂,经过水热法制备出了氮掺杂石墨烯(NRG)三维网络.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)、氮气吸脱附分析和电化学表征等测试手段对样品的形貌、结构和电化学性能进行表征.结果表明:三聚氰胺在水热的条件下有效地将GO还原并实现氮掺杂,三聚氰胺将氧化石墨烯还原之后,使得石墨烯之间的相互作用力增强,从而使石墨烯搭建出三维网络结构,其氮含量可达4.37%.电化学测试表明,当GO与三聚氰胺质量比为1∶2(NRG-2)时,在1A/g时其最大比电容值达到了296F/g,这个比电容值高于其他不同GO与三聚氰胺质量比所制备出的氮掺杂石墨烯的比电容值.NRG-2还显示出优良的循环寿命,经过1 000次恒电流充放电循环后比电容保留量为88.5%.     

聚苯胺基气凝胶衍生纳米碳的电化学性能研究

采用树枝状聚苯胺,长纤维聚苯胺,树枝状聚苯胺-石墨烯以及长纤维聚苯胺-氮掺杂石墨烯4种气凝胶作为前驱体,经直接碳化后获得了氮掺杂连续的纳米碳.研究了聚苯胺基气凝胶衍生纳米碳的微观形貌结构、元素组成以及电化学性能.结果表明,树枝状聚苯胺,长纤维聚苯胺,树枝状聚苯胺-石墨烯以及长纤维聚苯胺-氮掺杂石墨烯气凝胶衍生的纳米碳具有连续的多级孔结构,其比表面积分别为273.9、487.7、241.4和295.9 m2·g-1,氮的摩尔分数分别高达7.82％、9.62％、7.91％和10.17％,在0.5 A·g-1的电流密度下分别具有高达268、311、280和362 F·g-1的质量比电容,且倍率性能和循环稳定性能优异.     

多孔碳的模板比例对锂硫电池性能的影响

文章采用不同质量比的葡萄糖和碳酸钙模板制备了3种多孔碳,再与单质硫复合成3种硫碳正极材料;测试计算了3种多孔碳的比表面积和孔径分布,观测分析了硫碳复合材料的形貌结构,测试了电池的电化学性能。研究结果表明:当葡萄糖与碳酸钙的质量比为4∶4时,制备的多孔碳与硫复合后装配的电池电化学性能最优;在0.2C的放电倍率下锂硫电池首次放电容量为1 480 mA·h/g,100次循环后仍能保持在630mA·h/g,库伦效率接近100%。     

Li4Ti5O12作为混合电化学电容器负极材料的电化学性能

通过XRD,SEM,BET及电化学测试等手段研究了高温固相合成条件对尖晶石Li4Ti5O12粉体结构、形貌、孔径分布的影响及其在Li4Ti5O12/C混合电化学电容器中的电化学性能.研究表明:采用800.℃合成温度,保温2.h的合成条件获得的尖晶石Li4Ti5O12中孔发达,电化学性能良好,其比表面积为4.4.m2·g-1.该样品采用175.mA·g-1充放电时的比容量约为150.mAh·g-1,功率特性和循环性能良好.     

石墨烯-碳量子点复合材料的电化学性能研究

采用Hummers法和水热法,制备石墨烯和碳量子点溶液作为前驱体,然后通过一步煅烧法制得石墨烯-碳量子点复合材料。借助SEM、UV-Vis、FTIR等手段,对样品的形貌和结构进行表征;利用循环伏安法(CV)、差分脉冲伏安法(DPV)及恒流充放电循环测试等,重点考察了样品的电化学性能。结果表明,在石墨烯表面负载碳量子点可增加材料的比表面积并改善其机械性能,由于活性位点的增加,所制石墨烯-碳量子点复合电极具有较好的可逆性及电化学活性;在检测不同浓度双氧水时,复合电极的灵敏度为纯石墨烯电极的1.4倍左右;石墨烯-碳量子点复合材料作为锂离子电池负极使用时,与纯石墨烯材料相比具有更好的循环稳定性,且容量保持率提高了1.67倍。