四氧化三钴/石墨复合改性阳极对海底沉积物微生物燃料电池电化学性能的影响

首次将四氧化三钴/石墨(Co_3O_4/G)复合材料用于海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)阳极改性,并对阳极电化学性能和电池性能进行研究。结果表明,Co3O4/G复合改性阳极表面的微生物附着数量是空白组的6.1倍;其氧化还原电化学活性和电容特性分别是空白组的16.2倍和31.0倍;交换电流密度达到1.366×10-3m A·cm-2,电子转移动力学活性是空白组的215.6倍,且其抗极化能力最强;电荷转移电阻降至空白组的2/5,并且双电层电容和生物膜电容均得到增加;其组成电池的功率密度为735.1 m W/m2,是空白组电池的4.6倍。机理分析表明,Co_3O_4和石墨的协同作用使复合改性阳极的电容性能和电子转移速率得到提高。     

碳酸氢铵电化学氧化阳极对含油海底沉积物微生物燃料电池性能影响及其加速降解研究

制备了3种阳极(未改性阳极、氨水改性阳极、NH_4HCO_3电化学氧化改性阳极)组建海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs),探究阳极的不同氨改性方法对含油MSMFCs电化学性能和石油降解率的影响。结果表明,电化学氧化改性阳极的电容特性是未改性阳极组的1.78倍,并且其抗极化能力最强,交换电流密度为2.57×10~(-2)A·m~(-2),是未改性的5.00倍;由电化学氧化改性阳极组建的电池的最大输出功率密度是1.53×102m W·m~(-2),较空白组的增加3.56倍,且该电池阳极沉积物中石油的降解率是空白组的10.40倍,这是因为改性阳极表面连入了有利于微生物附着的酰胺基团和氨基基团,提高了电池电化学性能并加速了石油的降解。     

甲硫氨酸沉积物和电化学沉积聚噻吩改性阳极对海底微生物燃料电池电化学性能的影响

使用电沉积的方法制备导电聚噻吩修饰的碳毡及在沉积物中添加甲硫氨酸组成一种新型双改性阳极,以此构建海底沉积物微生物燃料电池,并对阳极的电化学性能和电池性能进行测试。结果表明,双改性阳极表面微生物的数量为空白组的11.30倍,生物膜电容是空白组的1.4倍,说明双改性阳极提高了微生物的数量;双改性阳极循环伏安电容量(302.6 F/cm~2)是空白组(38.20 F/cm~2)的8.0倍,峰电流密度为5.980 A/m~2,交换电流密度(48.29×10~(-3)m A/cm~2)是空白组(0.073 7×10-3m A/cm~2)的651.3倍,说明双改性组的氧化还原电化学活性、抗极化能力和电子转移动力学活性显著提高;双改性电池的输出功率(190.6 m W/m~2)是空白组(71.8 m W/m~2)的2.7倍,说明双改性方法提高了电池阳极的电化学性能和电池性能。     

氨气处理碳毡阳极对海底沉积物微生物燃料电池性能的影响

选取500℃、650℃、800℃对石墨碳毡阳极进行氨气处理,分别构建海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)。结果表明:改性后其微生物活性和电化学活性均明显提高。500℃改性阳极表面微生物数量(10.420×10^11 cfu/m^2)是Blank组的2.9倍,说明500℃氨气改性增加了微生物的附着量。500℃改性阳极循环伏安电容性能(62.1 F/m^2)是Blank组的2.0倍,表明其氧化还原电化学活性显著提高;电荷转移电阻(14.46Ω)为Blank组(62.39Ω)的1/4,交换电流密度是Blank组的1.1倍,说明500℃氨气处理提高了阳极的电子转移动力学活性和抗极化能力。500℃改性阳极的输出功率(60.67 mW/m^2)为Blank组(29.17 mW/m^2)的2.1倍,其长期输出电压达到692 mV且产电更加稳定,电池性能显著提升。     

海底微生物燃料电池聚吡咯/多壁碳纳米管复合改性阳极及电化学性能

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为掺杂剂,氯化高铁为氧化剂,采用化学氧化法制备了聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWCNTs)复合材料,并以该复合材料制备海底微生物燃料电池的阳极,并测试了改性阳极及电池的电化学性能。研究表明,聚吡咯紧密包裹在MWCNTs表面,改性阳极最大交换电流密度0.66 m A/cm2,是未改性的3.6倍。改性电池的最大功率密度为408.8 m W/m2,是未改性电池的5倍多。改性电极的电容是赝电容和双电层电容协同作用的结果,显著提高了电子传递效率和抗极化性能。提出了一种阳极/生物膜界面电子传递的新机理。     

添加大豆寡糖沉积物对海底微生物燃料电池电化学性能的影响

通过向海底沉积物中添加不同浓度的大豆寡糖(SBOS),探究其对海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)的影响。结果表明,阳极表面附近微生物数量与SBOS浓度有关,添加2 g SBOS组的微生物数量最多(9.310×10~(11)cfu/m~2),添加6 g SBOS组的微生物数量最少(7.680×10~8cfu/m~2);SBOS浓度影响阳极电化学性能,添加2 g SBOS组阳极的电容性、抗极化能力最好,添加6 g SBOS组的最差;高浓度SBOS有利于提高MSMFCs的实际输出电压,添加6 g SBOS组的平均输出电压高出空白组45 m V,高出其它实验组15~20 m V;空白组有机质消耗率最高,为66.15%,添加6g SBOS组的消耗率最低,为50.63%;SBOS以改变微生物数量的方式影响MSMFCs电化学、产电性能和有机质消耗率。     

聚吡咯纳米管/碳纳米管复合材料在氧化还原电解液中的电化学性能

用模板法制备聚吡咯纳米管(PPyNTs),然后采用乙醇混合法将其和多壁碳纳米管(MWCNTs)制备了复合电极材料(PM)。比较不同材料在传统H_2SO_4电解液和添加了具有氧化还原活性物质胭脂红(AR18)的电解液中的电化学性能。三电极测试结果表明,在H_2SO_4电解液中PPy纳米颗粒的比电容为220 F/g,在氧化还原电解液中,PPyNTs的比电容为579.2 F/g,高于PPy纳米颗粒(445 F/g),而PM复合材料的最高比电容可达674.2 F/g,既高于单一PPyNTs又高于MWCNTs的(405.8 F/g)。利用性能优化的PM-3复合材料组装对称电容器,当电流密度为0.5 A/g时,功率密度为300 W/kg,能量密度达15.7 Wh/kg,且经过5000次循环,电容保持率为90%。说明AR18和H_2SO_4构建的氧化还原电解液能够提供额外的氧化还原反应,使具有双电层电容和赝电容的复合材料具有更加优良的电化学性能。     

氧化还原沉淀法制备MnO2/MWCNTs催化剂及其低温SCR活性

先用十二烷基硫酸钠(SDS)对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行表面改性, 然后采用氧化还原沉淀法制得一系列的MnO₂/MWCNTs催化剂。考察了催化剂在80~180℃的选择性催化还原(SCR)反应活性, 并通过BET、XRD、FESEM、TEM、XPS和H₂-TPR等表征手段对催化剂的结构及性能进行分析。结果显示, MnO₂/MWCNTs催化剂在空速210 L/(g_cat·h)和温度140~180℃条件下, 脱硝效率达到85%~100%, 这明显优于等体积浸渍法制备的催化剂的低温SCR催化活性, 且10% MnO₂/MWCNTs催化剂的活性最优。分析结果表明, MnO₂/MWCNTs催化剂中MnO₂以纳米片状均匀分散在多壁碳纳米管载体表面; 弱结晶性的结构和高价锰, 较高的表面吸附含氧量及较强的低温区氧化还原能力是10% MnO₂/MWCNTs催化剂具有优异低温SCR活性的原因。另外, 和MnO_x/MWCNTs催化剂相比, 10% MnO₂/MWCNTs催化剂表现出良好的抗水和抗硫性能。     

碳纳米管载体改性条件对Pt纳米粒子电催化氧化性能的影响

利用紫外光照射诱导亚甲基蓝改性碳纳米管(MWCNTs), 是一种工艺简单、绿色无毒的改性催化剂碳载体的新方法。本研究以光照改性时间、改性剂(亚甲基蓝)用量和紫外光波长为主要影响因素, 系统研究了不同因素对MWCNTs改性的影响及其对催化剂催化性能的影响。利用透射电子显微镜(TEM)对不同条件下的催化剂形貌进行了表征, 采用循环伏安法(CV)和时间电流法(i-t)等电化学测试手段对催化剂在碱性介质中催化氧化甲醇的催化活性和催化稳定性分别进行了测试, 研究结果表明: 光照时间为6 h、亚甲基蓝用量为10 mg、紫外光波长采用254 nm时, MWCNTs的改性效果最佳, Pt纳米粒子在改性最佳的MWCNTs表面的负载均匀性最好, 所得催化剂的催化性能也最优, 其催化活性是商业Pt/C催化剂的2倍多, 这种改性方式为高活性、低成本燃料电池阳极催化剂的研究提供了新方法。     

对苯二酚增强纤维素/石墨烯电极的制备

目的 以纳米纤维素气凝胶为骨架,对苯二酚为增强相,并加入还原氧化石墨烯,制备纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合电极薄膜,将其应用于超级电容器。方法 采用超声处理制备纳米纤维素/氧化石墨烯混合溶液;在高温高压的环境下,加入对苯二酚,采用水热合成法和冷冻干燥法制备纳米纤维素/还原氧化石墨烯气凝胶,并最终制成电极膜。结果 在纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合气凝胶中,石墨烯可将纳米纤维素均匀包裹,形成三维多孔网络结构;纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合电极具有良好的电化学性能,在1 mol/L的H2SO4溶液中,当电流扫描速率为1 mA/cm2时,超级电容器比面积电容高达1.621 F/cm2,且在2000次循环测试后,电容保留率为88.3％。结论 以纳米纤维素为基体制备的纳米纤维素/还原氧化石墨复合电极具有良好的电化学性能,可以用作超级电容器电极。     

近球状钼酸镍/多壁碳纳米管复合材料的制备及其赝电容性能

以硝酸镍、钼酸钠和多壁碳纳米管为原料, 通过水热反应法制备了钼酸镍/多壁碳纳米管(NiMoO₄/MWCNTs)复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线能谱和X射线衍射对材料组成和形貌进行表征。结果表明: MWCNTs 很好地包覆在球状NiMoO₄外表面, 且各元素均匀地分布在材料中。循环伏安和电化学阻抗实验证实MWCNTs显著增强了NiMoO₄的氧化还原信号和电荷转移动力学特性。电容测试实验进一步表明, 复合材料较NiMoO₄单一材料具有更高的比电容、倍率特性及循环稳定性, 且当MWCNT含量为40 mg时, 所得产物(NiMoO₄/MWCNTs-40)具有最佳的电化学性能。电流密度为2 A/g时, NiMoO₄/MWCNTs-40复合材料的比电容高达1071 F/g; 当电流密度增大到10 A/g时, 比电容仍能保持原来的66.10%。在10 A/g的电流密度下, 经过2500次循环充放电后, NiMoO₄/ MWCNTs-40复合材料的比电容保持率高达95.85%, 表明该材料具有出色的循环稳定性。     

Synthesis and characterization of SnO-carbon nanotube composite as anode material for lithium-ion batteries

SnO-carbon nanotube composite was synthesized by a sol-gel method. The electrochemical behavior of the composite using an anode active material in lithium-ion batteries was investigated. It was found that the composite showed enhanced anode performance compared with the unsupported SnO or carbon nanotube (CNT). The capacity fade of the composite electrode was reduced over unsupported SnO or CNT. We attribute the results to the conductivity and ductility of the CNT matrix, and the high dispersion of SnO.     

低电位泡沫石墨改性阳极及其在海底微生物燃料电池中的应用

泡沫石墨是一种新型阳极材料, 对其进行改性是提高海底微生物燃料电池性能的重要途径之一。本文研究了混酸改性泡沫石墨阳极及其电化学性能。研究表明:改性后泡沫石墨表面生成羟基、羧基等含氧官能团; 改性阳极接触角降低了24.5°, 润湿性提高, 有利于微生物附着; 交换电流密度达到6760.8 mA/m², 动力学活性提高了53.7倍。研究还发现改性后阳极电位降低了100 mV, 电池开路电位达到865 mV (未改性750 mV), 最大输出功率密度为358.1 mW/m², 提高了2.4倍。三个月放电测试显示, 改性阳极和电池具有相对稳定的性能。同时, 本文初步分析了改性后阳极动力学活性增加和电位降低的原因。该研究结果为构建高输出电压和功率的海底微生物燃料电池提供了依据。     

多壁碳纳米管对钛基二氧化铅电极电化学性能的影响

为提高钛基二氧化铅电极的电化学性能,利用直流电沉积法制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)掺杂改性的电积锌用钛基二氧化铅复合阳极材料。通过XRD、SEM等测试方法,研究了不同多壁碳纳米管添加量对电极活性层的物相组成、微观形貌的影响规律。结果显示:掺杂MWCNTs后,在与PbO_2共沉积过程中会阻碍PbO_2的连续生长,使PbO_2晶体细化,同时MWCNTs的引入使得PbO_2晶体在(301)晶面发生了明显的择优生长。电化学测试表明,与纯Ti/β-PbO_2电极材料相比,Ti/β-PbO_2/CNTs电极材料具有更好的电化学性能,当MWCNTs的添加量为3.0g/L时,电极的析氧过电位为1.566 V,降低了0.054 V;自腐蚀电流密度为5.225×10-6A/cm2,降低了8.095×10-6A/cm2,电极的电催化活性和耐腐蚀性能得到改善。     

SnO2/还原氧化石墨烯/聚吡咯三元复合物的合成及其电化学电容性能

采用两步法制备出均匀分散的SnO2/还原氧化石墨烯(SnO2/RGO)二元复合物,再以二元复合物为模板,通过化学氧化法聚合吡咯(Py)单体,制备出SnO2/还原氧化石墨烯/聚吡咯(SnO2/RGO/PPy)三元复合材料。利用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)对复合材料结构和形貌进行物性表征,利用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗对复合材料进行电化学性能研究,并讨论了不同含量的PPy对复合材料的结构和性能的影响。结果表明,所合成的三元复合材料的比电容随PPy含量的增加而增大,最大达到305.3F/g。三元复合物电容性能增强源于SnO2、RGO与PPy三者的相互协同作用,以及材料层状结构和大的比表面积。