二硫化钼对锂硫电池正极材料性能的影响机理

炭黑具有良好的导电性、价格较低、来源稳定、可大量制备等优点,可有效提高硫正极材料的导电性,改善电极的动力学性能。二维层状结构的二硫化钼(MoS_2)因其含有的金属-硫键可以与多硫化物通过静电作用或化学键作用结合,从而可以有效地抑制锂硫电池存在的穿梭效应,提高锂硫电池的倍率性能。本文采用球磨法和水热法制备了硫/炭黑复合材料以及类石榴状硫/炭黑/层状MoS_2复合正极材料,并研究了该复合正极材料的性能。研究结果表明,硫/炭黑/层状MoS_2复合正极材料有效提高了电池的比容量,改善了电池的倍率性能和循环稳定性。在0.2 A/g倍率下,初始放电容量可达767.9 mAh/g。     

MoS_2/石墨烯复合材料的制备及其电化学性能

采用水热法以钼酸铵、氧化石墨烯和硫脲作为原料制备得到不同石墨烯含量的MoS_2/石墨烯复合材料。利用XRD、Raman、SEM、TEM和电化学测试对复合材料的形貌、结构和电化学性能进行了表征。结果表明,氧化石墨烯和钼酸根离子被成功地还原成MoS_2/石墨烯复合材料,同时MoS_2纳米片均匀地分散在石墨烯表面上。当氧化石墨烯为800mg时复合材料的电化学性能最佳,在电流密度为1A/g时,比容量高达310F/g,经过500次循环后比容量仍保持在230F/g。以上研究结果说明,石墨烯片层的介入有效地阻碍了MoS_2纳米片的堆叠,提高复合材料的比容量和循环稳定性。     

纳米MnO2/MoS2复合材料的制备及其电化学性能

采用液相沉积法在二硫化钼(MoS_2)上负载二氧化锰(MnO_2)以获得更好的电化学性能,利用多技术表征了样品的物相和形貌,并利用低温氮吸附BET模型测试了样品的比表面积和孔容。结果表明,复合材料继承了MoS_2的球花状形貌,大量MnO_2纳米颗粒沉积在纳米MoS_2片层表面和充填于层间,增大了材料的比表面积和孔容。电化学测试表明:在1mol·L~(-1) Na_2SO_4电解液中,复合材料的比电容可达265.7F·g~(-1)(电流密度为0.3A·g~(-1)),界面转移电阻R_(ct)约为1.64Ω;经过1000次循环充放电,比电容保持率达92.3%,说明复合材料具有良好的电化学性能。     

竹基碳纤维/MoS2锂离子电池负极材料

随着电子产品、电动汽车以及智能电网的快速发展,不仅需要锂离子电池(LIBs)具有优异的储锂性能,而且要求电极材料成本低廉、资源丰富和绿色环保。基于碳负极材料的优点,将废弃的一次性竹筷,在碱性溶液中经过可控的热处理,利用竹子中丰富的天然纤维素,从而获得尺寸均匀的碳纤维(CFs)材料。相比于石墨电极,竹基CFs作为LIBs的负极材料时表现出优异的电化学性能。为进一步提高其储锂性能,以CFs为骨架,通过水热法在其表面制备了一层二硫化钼(MoS₂)纳米花,形成核壳结构的CFs/MoS₂复合电极材料。电化学测试结果表明,CFs电极在200 mA/g的电流密度下循环500次,放电比容量仍有381.1 mA·h/g;CFs/MoS₂复合材料在1000 mA/g的大电流密度下经过1000次循环,仍保持有843 mA·h/g的放电比容量。      

ZnCo2O4及ZnCo2O4/rGO复合材料的制备与电化学性能

采用一步水热法制备尖晶石型钴酸锌(ZnCo_2O_4)及钴酸锌/石墨烯(ZnCo_2O_4/rGO)复合材料,通过XRD,SEM和RST5000电化学工作站对材料的组分、表面形貌及电化学性能进行表征。通过改变水热温度,制备出具有辐射状花簇团结构、褶皱片层结构和表面光滑的球体结构的ZnCo_2O_4电极材料。结果表明:加入石墨烯后,ZnCo_2O_4呈规则的多边形结构,附着在石墨烯片上,两者的协同作用可有效改善电极材料的电化学性能;钴酸锌与氧化石墨烯的质量比为6∶1时得到的ZnCo_2O_4/rGO复合材料的比电容为205F/g,比纯ZnCo_2O_4的比电容提升了约114%。     

RuO_2/石墨烯纳米复合材料的合成及其电化学性能

通过水热反应和高温焙烧方法制备了负载RuO_2纳米粒子的石墨烯纳米复合材料(RuO_2/G)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构和形貌进行了表征。结果表明,在复合材料中,平均粒径为3.6nm的RuO_2纳米粒子均匀地负载在石墨烯片层上。该材料作为超级电容器的电极材料,表现出了良好的电容性能。当RuO_2的质量分数为35%时,在6mol/L KOH电解液中,复合材料的比电容为402.5F/g,且表现出了较高的能量密度(14 Wh/kg)和功率密度(50 W/kg)。该复合材料体现了石墨烯双电层电容和RuO_2赝电容的性质,为性能优异的储能材料。     

超级电容器用CeO_2-MnO/3D石墨烯复合材料的制备

以西瓜瓜瓤为碳源,采用两步碳化法制备三维石墨烯(3D-Fiberbased Graphene,3D G)材料,并使用水热法制备了CeO_2-MnO/3DG复合材料,以期获得比电容高,循环寿命好的石墨烯超级电容器电极材料。结果表明:3DG材料具有较高比表面积,最高可达到332m~2·g~(-1)。CeO_2-MnO/3DG复合材料具有三维导电网络结构,金属氧化物颗粒在石墨烯片层间生长均匀,粒径在10nm左右。电化学测试结果显示:在0.5 mol·L~(-1)的Na_2SO_4溶液中,电流密度1A·g~(-1),当摩尔比MnO∶CeO_2=4∶1,复合负载量在80%时得到的CeO_2-MnO/3D G复合材料拥有最高比电容,达308.5F·g~(-1),经过1 000次循环充放电测试比电容保持率为95.5%。CeO_2-MnO/3DG复合材料电化学性能的提高主要是因为两种金属氧化物复合负载与石墨烯的协同作用。     

MoO2/石墨烯纳米复合材料的制备及其电化学性能研究

以稳定的过氧钼酸溶胶为前驱体,乙醇为弱还原剂,在水热条件下首先制备出单斜相MoO2纳米棒(直径约50nm,长度约200nm);在此基础上引入氧化石墨烯,采用二次水热法制备出石墨烯修饰MoO2纳米复合材料。通过X射线衍射、拉曼光谱、场发射电子扫描电镜和高分辨透射电镜对产物的物相结构和微观形貌进行表征,结果表明,二次水热法引入的碳的存在形式为多层石墨烯,且石墨烯的引入未对氧化钼的结构和形貌产生影响。将MoO2/石墨烯纳米复合材料装配成锂离子电池进行电化学性能测试发现:石墨烯和纳米棒的协同作用使得复合材料的充放电容量得到大大提高。二氧化钼纳米材料的首次放电比容量由112 mAh/g提高到1289 mAh/g,且循环稳定性良好。     

ZnFe_2O_4纳米粒子-石墨烯复合材料制备和超级电容器性能

为提高ZnFe_2O_4的电化学性能,采用一步溶剂热法合成ZnFe_2O_4纳米粒子-石墨烯复合材料,对其进行X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜表征和电化学性能分析。结果表明:该方法可防止二维层状结构石墨烯团聚,把ZnFe_2O_4颗粒粒径控制在纳米级且均匀地附着到石墨烯片层上;复合材料呈现二维层状结构,比表面积达到180 m~2/g,有效增加活性位点数量;当电流密度为1 A/g时,复合材料电极的比电容达到180.9 F/g,电化学性能优于纯ZnFe_2O_4电极。     

球形“花”状结构MoS_2/石墨烯锂离子电池负极材料及其电化学行为

以氧化石墨烯、钼酸钠、硫脲为原料,采用水热法在240℃原位合成MoS_2/石墨烯纳米复合材料,并考察了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明:由片层纳米结构自组装形成球形"花"状结构的MoS_2分散于石墨烯表面;MoS_2/石墨烯负极材料,在100 m A/g电流密度下100次循环后,放电容量仍达735.2 mAh/g,并具有良好的大电流倍率性能(375 m Ah/g,1 000 mA/g)。该结果应归因于:合成的MoS_2为较薄的片层结构,减小了离子、电子的扩散或迁移路径;片层结构的MoS_2自组装成球形"花"状,构筑了丰富的中孔,有利于离子的扩散和存储,也能抑制材料在充放电过程中的体积膨胀;石墨烯良好的导电性及高比表面积,能有效提高MoS_2的充放电速度。     

碳纳米管纸上β-Co（OH）2纳米花的生长及其电化学电容行为

通过水热法制备了粘附于导电碳纳米管(CNT)纸表面生长的层级花状β-Co(OH)2,并将其作为电化学电容器高性能柔性复合电极材料。用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了产物的微观结构和形貌。所得材料为三维疏松分层纳米花结构的β-Co(OH)2/CNT纸复合材料,其直径约为3μm。通过循环伏安法、恒电流充放电和交流阻抗等测试手段研究了该柔性材料的电容性能,结果表明:该复合材料在6 mol/LKOH电解液中,电流密度为2A/g时比容量达到2764 F/g;碳纳米管纸赋予了复合材料优良的导电性和柔韧性,同时β-Co(OH)2的层级花状结构利于活性物质与电解液之间的接触,因此,复合材料与纯的β-Co(OH)2相比,倍率容量和循环性能都得到明显改善。     

分级结构的碳/二硫化钼纳米带的制备及其锂电性能研究

以钼粉、过氧化氢(30%)、苹果酸、硫脲为原料,通过连续的水热法-热分解碳包覆,制备出了分级结构的C@MoS_2@C纳米带,并通过X射线衍射、扫描透射及电化学性能表征方法对该纳米复合材料的形貌结构、组成成分及锂电性能进行测试。研究结果表明,通过该连续的水热法-热分解碳包覆,以碳包覆的三氧化钼纳米带为模板,制备出分级结构的C@MoS_2纳米带复合材料,其MoS_2纳米片均匀的负载在碳层表面,通过再一次简单的热分解碳包覆,实现了在MoS_2表面均匀覆盖一层无定形碳,得到了三层分级结构的C@MoS_2@C纳米带复合材料。通过这种形貌结构的筑造,极大提高了其作为锂电负极材料的导电性、结构稳定性,该材料作为锂电负极材料在0.2 A/g的恒流充放电下循环100次后放电比容量达到1025.5m Ah/g,在1.0 A/g的大电流充放电循环中放电比容量仍然达到820 m Ah/g。     

MoS2@GO三维絮状结构的制备及电化学储锂性能

以改良Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),通过水热以及热处理制备了MoS_2@GO复合材料,探讨了MoS_2与GO物质的量比对复合材料结构、电化学性能的影响。结果表明,当MoS2与GO的物质的量比为1∶1时,所得复合材料呈现三维絮状结构并具有良好的电化学性能。其作为锂离子电池负极材料,在0.1A/g电流密度下,50次循环后放电比容量仍有879mAh/g,容量基本没有衰减。在2A/g的高电流密度下还能保持530mAh/g,当电流密度从2A/g恢复到0.1A/g,循环容量能恢复到0.1A/g时的水平,表现出优异的倍率性能。     

CTAB辅助水热合成球状纳米花MoS2/C复合材料及其电化学性能研究

以钼酸钠(Na₂MoO₄·2H₂O)、硫脲(NH₂CSNH₂)、CTAB为原料, 利用水热法合成了MoS₂/C球状纳米花复合材料。通过XRD、SEM、TEM、TG等分析测试方法, 研究了不同CTAB添加量对MoS₂/C复合材料的微观结构、表面形貌的影响规律, 结果显示, 有部分无定形碳嵌入了MoS₂层间, 并抑制了MoS₂(002)面的堆积。电化学测试表明: 与纯MoS₂相比, MoS₂/C复合材料具有更好的电化学性能, 当加入0.025 g CTAB时首次放电比容量达到730 mAh/g, 在100 mA/g的电流密度下经过100次循环比容量稳定在415 mAh/g。在此基础上讨论了MoS₂/C球状纳米花复合材料的可能生长机理以及对材料电化学性能的影响规律。     

Ni2CoS4/还原氧化石墨烯/多孔还原氧化石墨烯的制备及其在超级电容器中的应用

采用水热法制备Ni_2CoS_4活性材料,通过物理过程和水热反应将其与氧化石墨烯(GO)、水热多孔氧化石墨烯(HHGO)复合得到Ni_2CoS_4/还原氧化石墨烯/多孔还原氧化石墨烯(Ni_2CoS_4/RGO/HRGO)复合电极材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安测试、恒流充放电测试和交流阻抗测试等,对复合材料的形貌结构、电化学性能进行了表征。研究结果表明:在1 A/g的电流密度下,其比电容为1 684 F/g,在5 A/g的电流密度下循环2 000次后,其比电容保持率为91.8%。Ni_2CoS_4/RGO/HRGO优良的电化学行为归因于这种复合结构使电解液对电极材料的润湿程度提高,进而提高了离子和电荷的传输速率,同时也缓解石墨烯、Ni_2CoS_4的团聚和循环过程中的体积变化。因此,Ni_2CoS_4/RGO/HRGO是一种有良好应用前景的高性能超级电容器电极材料。     

水热法合成纳米二硫化钼及其电催化性析氢性能研究

二维二硫化钼材料具有良好的电催化析氢性能,然而不同形貌和晶相对二硫化钼电催化性能有极大的影响。分别利用硫代硫酸钠或者硫脲为硫原料,通过简单的水热法成功地合成了MoS_2纳米片,然后对所合成的MoS_2纳米片进行煅烧处理。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman spectrum)、扫描电子显微镜(SEM)分别对水热法合成的MoS_2纳米片和煅烧后的MoS_2纳米片进行表征,同时,测试水热法合成的MoS_2纳米片和煅烧后的MoS_2纳米片的电催化析氢性能。实验表明不同硫源和煅烧处理对MoS_2纳米片的形貌和析氢性能有一定的影响。以硫代硫酸钠为硫源的MoS_2纳米片呈现2H型结构,经煅烧后呈现3R型结构,具有较大的起始过电位和较大的塔菲尔斜率。而以硫脲为硫源的MoS_2纳米片在煅烧前后都是2H型,且以硫脲为硫源的MoS_2纳米片煅烧后析氢性能优于以硫代硫酸钠为硫源的MoS_2纳米片煅烧后的析氢性能,这使其成为用于实际应用的有希望的氢气析出反应(HER)催化剂。     

MoS_2/石墨烯/泡沫炭复合材料的析氢性能（英文）

以包覆石墨烯的炭化三聚氰胺泡沫作为支撑,通过水热法在三维泡沫炭上原位生长二硫化钼(MoS_2)纳米片,合成出一系列的MoS_2/石墨烯/泡沫炭复合材料。经XRD和TEM表征,拥有三维网络结构的炭基骨架被厚度为15～20 nm的MoS_2纳米片均匀包裹。石墨烯包覆量对析氢性能影响很大,包覆浓度25 mg L~(-1)的R-CMMS-25析氢性能最佳,在10 m A cm~(-2)电流密度下过电位为163 m V,相应的塔菲尔斜率为76 m V dec-1,相比之前未包覆石墨烯的复合材料,析氢性能得到了很大提升。通过阻抗谱间接表征材料的电子迁移效率,可以看出RCMMS-25的阻抗值最低,这表明包覆适量还原氧化石墨烯能够加速电子迁移效率并进一步提升析氢性能。     

准三维MoS2/graphene复合材料储锂性能研究

本研究以氧化石墨烯为前驱体, 利用钼酸钠和硫脲通过水热法在不同阳离子表面活性剂(C₁₄TAB, C₁₆TAB, C₁₈TAB)的辅助下合成得到MoS₂/GF复合结构。XRD和SEM分析表明, MoS₂/GF复合材料因阳离子表面活性剂的不同而呈现不同的结构和表面形貌; 电化学性能测试表明其结构和表面形貌对电极的容量、循环稳定性和倍率性能都有较大影响。相比于C₁₆TAB和C₁₈TAB, C₁₄TAB辅助合成的MoS₂/GF复合结构具有最高的首次放电容量(955 mAh/g), 50次循环后仍保持751 mAh/g的可逆容量, 而且倍率性能更好。本研究揭示MoS₂/GF复合材料电化学性能的提升可归因于其独特的praticle-on-sheet结构以及MoS₂与石墨烯之间的协同作用。     

V2C@MoS2复合材料的制备及其储锂性能研究

由于较高的理论容量,二硫化钼(MoS_2)是一种具有良好应用前景的锂离子电池负极材料;然而其也存在导电性较差和结构不稳定等问题。本文采用一步水热法将MoS_2原位生长在V_2C-MXene的表面,制备出了V_2C@MoS_2复合材料。利用XRD、SEM、TEM对制备的复合材料进行了结构表征,并采用循环伏安(CV)法、恒电流充放电法和交流阻抗法分析了该复合材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明,实验制得了结晶度良好的MoS_2纳米片,且均匀的负载在V_2C的表面;同时,掺杂的V_2C极大地提高了复合材料的导电性和结构稳定性,使V_2C@MoS_2作为锂离子电池负极材料表现出了优异的电化学性能,在50mA/g的电流密度下,循环50次后依然能保持524.4 mAh/g的可逆比容量,并且在1 A/g的大电流密度下,依然具有258.1 mAh/g的可逆比容量。     

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。