铜离子掺杂钒基配位聚合物的制备及其超级电容器性能

通过两步微波和离子交换的方法得到一种直径约为1.5μm的微球形貌铜离子掺杂钒基配位聚合物(V-Cu-HHTP).聚合物中部分取代的Cu²⁺提高了配位聚合物的导电性和结构稳定性,并提供V、Cu的协同效应,在用于超级电容器电极材料时表现出良好的电化学性能.在1 A·g^-1的电流密度下,V-Cu-HHTP表现出287 F·g^-1的比容量,在10 A·g^-1的大电流密度下循环3 000圈后,V-Cu-HHTP的电容保持率仍有98.6%,比相同测试条件下未掺杂的VHHTP电极表现优异(比容量为227 F·g^-1,电容保持率为94.2%).选取V-Cu-HHTP作为正极,活性炭(activated carbon,AC)作为负极,组装非对称超级电容器V-Cu-HHTP//AC,电压窗口达到1.6 V.V-Cu-HHTP//AC在功率密度为795.0 W·Kg^-1时,最大能量密度为44.1 Wh·Kg^-1,优于许多钒基超级电容器.优异的电化学性能归因...     

MOF基多孔炭的制备及其在超级电容器中的应用

金属有机框架材料(MOFs)由于其具有较高的比表面积,可调节的孔隙结构,以及结构、功能多样性,使其作为前驱体在电化学等方面具有广阔的应用前景.采用水热法合成了金属有机框架材料[Zn₃(bpdc)₃(bpy)]·2DMF·4H₂O](ZBB),并以此为前驱体,通过炭化-活化法制备了多孔炭ZBBC-T-A,研究了不同炭化温度,不同的炭碱比对多孔炭微观结构及电化学性能的影响.结果表明:多孔炭ZBBC-800-1∶3是以微、介孔为主,且最大比表面积达2 294.6 m² ·g^-1;以6 mol·L^-1 KOH为电解液,在电流密度为1 A·g^-1时,其比电容为304.8 F·g^-1;电流密度从1 A·g^-1增加到10 A·g^-1时,电容损失率为21.26%;在1 A·g^-1的电流密度下,经过5 000次循环后,电容保持率为95.85%.其能量密度为8.06 Wh·kg^-1.     

离子液体溶解法制备超级电容碳及其电化学性能研究

文章以高纤维素废纸屑为原料，利用无机离子液体进行选择性表面溶解处理，得到具有润胀特性的胶状前驱体，在不同温度条件下热解制备生物质多孔碳。800℃下生物质多孔碳比表面积为1 276.3 m²/g,电化学测试结果表明，其具有较高的比电容(271 F/g),经过1 000次循环，电容保持率为90.3%。为了进一步提升超级电容器的电化学性能，在1 mol/L H₂SO₄电解液中加入15 g (NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O,超级电容器的比电容得到显著提升，电流密度为10 A/g时，比电容为439 F/g,为原电容器(221 F/g)的2倍。研究结果可为生物质多孔碳超级电容器制备提供参考。     

NiCo2O4@PANI复合材料的制备及其电化学性能研究

通过水热处理及电化学沉积,在集流体泡沫镍上原位生长出NiCo₂O₄@PANI复合材料.通过扫描电镜观察到泡沫镍上均匀分布着表面粗糙的纳米棒阵列,这种结构有利于电极材料与电解液的充分接触与反应;PANI(聚苯胺)的包覆增加了NiCo₂O₄的导电性,降低了载流子传输的活化能,因而表现出优异的电化学性能.在1 mA·cm^-2的电流密度下,复合材料的比电容为2 307.15 F·g^-1.当电流密度提升到20 mA·cm^-2后,比电容的保留率为78.13%.在10 mA·cm^-2电流密度下,循环2 000次后,比电容保留率为85.46%.测试结果证明该复合材料作为电极材料,在超级电容器的应用中有着巨大的潜力.     

ε-MnO2纳米片的可控制备及其电容去离子特性的研究

电容去离子是一种能耗低、无二次污染和脱盐率高的新兴海水淡化技术。通过溶剂热及后续退火处理制备了ε-MnO₂纳米片,并研究了其电容去离子特性。结果表明,ε-MnO₂具有良好的电化学可逆性,在1 mV·s^-1扫速下具有119.51 F·g^-1的比电容,电化学行为主要由扩散过程控制,超高的赝电容占比为实现高脱盐容量奠定了基础;0.5 A·g^-1电流密度下充放电比容量分别为11.46和7.57 mA·h·g^-1,库伦效率为66.06%。通过优化工作电压、流速和初始电导率,ε-MnO₂的最高脱盐容量达到了119.94 mg·g^-1,电荷效率最高为66.61%,经过20次循环后,容量保持率为56.82%。循环过程中发生的结构坍塌和晶型转变是容量衰减的主要原因。     

构筑高性能的二氧化锰/石墨烯超级电容器

三维泡沫镍(Ni)基石墨烯(graphene)结构具有理想的自支撑特性,但却受制于有限的容量。以三维Ni基graphene为催化基底,通过一步水热法,在三维Ni基graphene骨架上形成二氧化锰/石墨烯/泡沫镍(MnO₂/graphene/Ni)的异质结电极。MnO₂的形貌随着水热反应温度的增加而呈现出纳米花状、纳米花与纳米棒的混合结构以及纳米棒状。通过循环伏安、恒电流充放电等研究方法,发现具有纳米花状与纳米棒状混合结构的MnO₂/graphene/Ni异质结电极,在电流密度为0.1 A·g^-1时达到最大比电容193 F·g^-1,并且在电流密度为1 A·g^-1时,经过1 000次恒电流充放电后,依然保持104%的初始容量,是一种潜在的电化学性能稳定的超级电容器电极材料。     

MOFs衍生多孔碳/MnO_2复合材料及其在超级电容器中的应用

利用高比表面积、大孔隙率金属有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)作为牺牲模板,制备了MOFs(ZIF-8)衍生多孔碳材料(PCs),以其作为导电基底,在表面生长金属氧化物MnO_2,获得MnO_2/PCs复合材料并将其应用在超级电容器中.制备的复合材料具有良好的电化学电容性能,在三电极体系中,1 A·g~(-1)的电流密度下比电容可达199 F·g~(-1),经过2 000次充放电循环后,比电容仍能保持初始值的80%.使用MnO_2/PCs复合材料作为正极,PCs作为负极,组成的非对称型电容器MnO_2/PCs//PCs具有优异的电化学储能性能,在950 W·kg~(-1)的功率密度下,能量密度高达10.16 Wh·kg~(-1);而且当功率密度上升为9 500 W·kg~(-1)时,能量密度仍可以保持4.48 Wh·kg~(-1).     

钠离子电池正极材料磷酸钒钠的碳包裹制备及钛掺杂改性研究

磷酸钒钠(Na₃V₂(PO₄)₃,简写为NVP)具有钠离子快速导体结构,被认为是很有前景的钠离子电池正极材料。但是NVP的低电子导电性以及循环过程中大的结构变化阻碍了其商业化应用进程。通过在NVP中引入导电碳载体以及进行微量的钛掺杂,显著提升了其电子和离子导电性。碳载体可以改善其电子导电性,同时为其体积变化提供了有效的缓冲;而微量钛掺杂一方面可以提升晶体结构的稳定性,同时加快了离子扩散和传输。碳包裹和钛掺杂的协同效应极大地改善了磷酸钒钠正极的电化学性能,在恒电流充放电测试中,0.1 A·g^-1电流密度下循环100周后,其可逆容量可以达到111.7 mA·h·g^-1;在倍率测试中,在10.0 A·g^-1电流密度下,可逆容量可以达到85.3 mA·h·g^-1。     

一锅法合成高性能N掺杂的Co（PO3）2@C负极材料及其在超级电容器中的应用

以植酸(PA)、三聚氰胺(MA)、四水合乙酸钴(Co(OAc)₂·4H₂O)和聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜为原料,采用一锅法合成了偏磷酸钴和氮(N)掺杂碳(C)的复合材料(Co(PO₃)₂@C).其中,PA属于六齿配体,拥有6个磷酸基,每个磷酸基中的氧原子(O)都可作为配位原子和钴离子发生络合反应,形成化学性质稳定的络合物,可以作为绿色磷(P)源.MA含有丰富的N元素,PVDF中空纤维膜中含有氟(F)元素,同时还可以提供框架结构,N和F元素的掺杂可以使多孔碳材料具有更好的润湿性,有利于电解液中电子的传输,从而极大提高了材料的电化学电容性能.所制备的最佳活性负极材料在1 A·g^-1时的比电容为1 067.42 F·g^-1.即使在10 A·g^-1的电流密度下,20 000次循环后,仍可以达到85.79%的保留率.     

二氧化钛-聚萘/硫正电极的制备及其电化学性能

以3,4,9,10-二萘嵌苯(PTCDA)为原料成功合成聚萘(PPN),然后利用硫代硫酸钠为硫源,通过化学还原法制备聚萘/硫(PPN/S)复合材料,接着在PPN/S外表面包覆一层二氧化钛(TiO₂),最后制备出二氧化钛-聚萘/硫(TiO₂-PPN/S)复合材料.采用扫描电镜、X-射线衍射和热重分析对复合材料TiO₂-PPN/S进行表征; 采用充放电测试系统和电化学工作站对TiO₂-PPN/S电极的电化学性能进行测试.结果表明:PPN/S复合材料表面被TiO₂成功包覆,制得一种新型TiO₂-PPN/S复合材料; TiO₂-PPN/S电极具有良好的循环稳定性,在电流密度为400 mA·g^-1时,首次放电容量达到1 334.8 mA·h·g^-1,循环150次后,放电容量仍保持在691.4 mA·g^-1; 与含硫量相当的PPN/S电极相比,TiO₂-PPN/S电极具有更佳的电化学性能.     

钙镁离子改性TiO2对水中氟离子的吸附行为

为拓展TiO₂吸附去除水中氟离子的pH适用范围,通过原位水解掺杂法制备出Ca²⁺和Mg²⁺改性的TiO₂纳米颗粒材料TiO₂-Ca和TiO₂-Mg。场发射扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、氮气吸脱附曲线、Zeta电位分析等表征显示,成功合成了改性的锐钛矿相TiO₂,并且TiO₂-Ca和TiO₂-Mg的等电点分别提高到了4.51和5.08。将合成的改性TiO₂应用于水体低浓度氟离子的吸附去除,结果表明：TiO₂-Ca和TiO₂-Mg对水体氟离子的吸附可以在20 min内达到平衡,吸附容量分别达到22.51 mg·g^-1和20.87 mg·g^-1,吸附的适用pH范围分别拓展到了5和6,其沉降性能也有了很大的提高,都较未改性的TiO     

花状LiMnO2正极材料的制备及其性能研究

LiMnO₂正极材料因具有高比容量、高能量密度、低成本等优点而被广泛关注,但其较差的循环稳定性影响了进一步大规模应用。采用控制合成Mn₂O₃立方块前驱体后锂化的方法制备花状LiMnO₂正极材料。结果表明,花状LiMnO₂呈现出较好的循环稳定性,在100 mA·g^-1的电流密度下,循环100圈后比容量仍能维持在123 mAh·g^-1。     

花状Zn0.76Co0.24S纳米材料的制备及电化学性能研究

采用简单的水热合成法制备了双过渡金属硫化物Zn_0.76Co_0.24S纳米材料,并作为超级电容器电极材料。该材料具有花状多孔的微观形貌,花瓣为超薄纳米片结构。这样独特的结构能为电化学反应提供丰富的活性位点,为离子的传输提供便利的通道,同时也为反复充放电过程中材料体积的变化提供了缓冲空间。三电极体系测试结果表明：Zn_0.76Co_0.24S电极在电流密度为1 mA/cm²,比电容高达2 031.0 C/g;当电流密度增大到30 mA/cm²时,电容量仍可保持在888.9 C/g;在电流密度为10 mA/cm²下循环充放电5000圈,电容量保持率为90.25%,表现出较高的电容量、优异电容稳定性以及循环性能。采用Zn_0.76Co_0.24S电极与活性炭(AC)构建的混合超级电容器Zn_0.76Co_0.24S//AC也展现了令人满意的性能。     

MoS2/C/MXene复合材料的制备及储锂性能研究

通过简单的水热结合退火的方式合成了MoS₂/C/MXene复合材料,其中MoS₂为1T晶型。MoS₂/C纳米片均匀地生长在MXene薄片上,呈现出独特的多孔异质结构,这种结构不仅有效抑制了MXene薄片的重新堆积,还缓解了MoS₂充放电过程中的体积膨胀。无序碳的引入提高了复合材料的导电性,并使MoS₂的晶型从2H转变为1T。将MoS₂/C/MXene复合材料作为锂离子电池负极材料,表现出优秀的循环性能。在1 A·g^-1的电流密度下循环1 000次后拥有574.2 mA·h·g^-1的比容量。这项研究为制备具有良好电化学性能的锂离子电池负极材料提供了一种设计策略。     

δ-MnO2/Ti2CTx复合材料的制备与电化学性能研究

以Ti₂AlC为前驱体、LiF-HCl的水溶液为刻蚀液、KMnO₄为氧化剂和锰源,采用溶液-沉积法制备了δ-MnO₂/Ti₂CT_x复合电极材料.分别采用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜、拉曼光谱等方法对试样进行了表征; 以镍网为对电极、银/氯化银为参比电极、2 mol·L^-1 KOH溶液为电解质溶液,在3电极体系中采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等电化学方法研究了复合材料的电化学性质.结果表明:当δ-MnO₂/Ti₂CT_x复合电极材料在电流密度为1 A·g^-1时,复合材料的比电容高达227 F·g^-1.δ-MnO₂/Ti₂CT_x是一种性能良好的电化学电极材料,具有潜在的应用前景.     

基于碳量子点的TiO2改性及降解污染物性能

采用溶胶-凝胶法合成掺入碳量子点(CQDs)的TiO₂纳米复合光催化剂,通过荧光光谱、紫外-可见吸收光谱、X射线衍射、扫描电镜等进行表征,并在可见光下降解亚甲基蓝(MB)染料溶液以评价其光催化性能.研究表明,CQDs具备上转换荧光特性,掺入CQDs的TiO₂样品可见光响应明显提升.水热法180℃下反应6h制备的CQDs,其溶液加入量为10mL时TiO₂/CQDs样品光催化活性最高,115min后MB的降解率达80%.TiO₂/CQDs样品主要以锐钛矿相存在,颗粒呈球形,比表面积高达200m³·g^-1.     

多级纳米花球状聚多巴胺-钼氧化物复合材料用于宽电压窗口锌离子存储

水系锌离子电池(AZIBs)具有操作简单、成本低、安全性高等优点,在能源存储方面具有广阔的应用前景。然而,开发具有高比容量和稳定循环性能的AZIBs正极材料仍然是一项艰巨的任务。本工作利用钼酸铵与盐酸多巴胺的络合反应,采用简单的共沉淀方法成功制备了具有三维纳米花球结构的聚多巴胺-钼氧化物(PDA-MoO_x)复合材料。聚多巴胺(PDA)的引入不仅可以缓解内应力、抑制体积膨胀,而且可以通过引入功能基团来增加活性位点。得益于独特的结构优势和PDA的协同作用,PDA-MoO_x在水系锌离子电池中的可逆比容量、循环稳定性和倍率性能明显优于MoO_x。在100 mA·g^-1的电流密度下充放电150次,PDA-MoO_x材料的可逆比容量稳定在160 mA·h·g^-1左右,而MoO_x材料的容量仅剩7 mA·h·g^-1。即使在1 000 mA·g^-1,350次循环后,PDA-MoO_x材料的容量...     

1.7V活性炭基K_2SO_4水系超级电容器

1种以K2SO4水溶液作为电解液的高电压对称型活性炭基超级电容器.采用循环伏安法、恒电流充电/放电、电化学阻抗谱和循环稳定性等电化学方法研究了其电化学性能.结果表明,该电容器的工作电压为1.7V,在电流密度为0.25A·g-1时,单电极比电容高达156F·g-1,在功率密度为213 W·kg-1时能量密度达到38Wh·kg-1(以正负极活性物质的总质量计),等效串联电阻为1.92Ω,3 600s后的漏电流是0.36mA,在400次充放电循环中库伦效率接近100%.该研究结果表明中性的K2SO4水系电解液对探索一种新型高能量密度的超级电容器提供了一种新的可能.     

2维层状Ti2CTx电极材料的制备和电化学性能研究

以Ti₂AlC为前驱体,以盐酸与氟化锂的溶液为刻蚀剂,在40 ℃磁力搅拌条件下,刻蚀48 h制得Ti₂CT_x材料.分别采用N₂吸附/脱附、X-射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜、能量色散X-射线光谱仪和透射电镜等方法对试样的比表面积、孔分布、晶相结构、形貌特征等物理性质进行了表征; 用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等电化学方法研究了Ti₂CT_x材料在2 mol·L^-1 KOH溶液中的电化学特性.实验结果表明:Ti₂CT_x是2维层状材料,在电流密度为1 A·g^-1时,该材料的比容量为119 F·g^-1,经10 000次充放电循环后,比容量保留率为98%,且保持较高的库伦效率.     

自组装CaCO3模板法合成锂离子电池负极材料SnO2@voids@C-SnO及改性研究

基于CaCO₃模板法制备出具有三维分级多孔碳骨架结构SnO₂@voids@C-SnO材料，并通过溶胶凝胶法进行Ni的添加.利用XRD和SEM对所得产物的晶体结构和微观形貌进行表征，并对电池进行电化学性能测试.结果表明，SnO₂@voids@C-SnO材料在电流密度50 mA·g^-1时首次放电比容量为1 092 mAh·g^-1.添加Ni可以有效增加负极材料的比容量.当Ni质量分数达到25%时，材料的首次放电比容量达到1 414.6 mAh·g^-1,70次循环后的放电比容量仍能保持617 mAh·g^-1,倍率性能优良.这主要是因为Ni的添加在一定程度上避免了纳米粒子的团聚，缓解了体积膨胀带来的影响，明显改善了负极材料的电化学性能.