氮掺杂石墨烯/聚苯胺复合凝胶的制备与性能

为了拓展石墨烯凝胶在超级电容器方面的应用,采用氨水与水合肼作为掺杂剂和还原剂,通过与氧化石墨烯的水热反应制备了氮掺杂石墨烯凝胶,并进一步运用原位聚合的方法在氮掺杂石墨烯凝胶上负载聚苯胺,得到氮掺杂石墨烯/聚苯胺复合凝胶. 利用X射线衍射、扫描电子显微镜对产物的结构和微观形貌进行表征,采用循环伏安、恒电流充放电等方法测试其电化学性能. 结果表明,氮掺杂石墨烯/聚苯胺复合凝胶与纯氮掺杂石墨烯凝胶相比,电化学性能有显著的提高. 当扫描速率为10 mV/s时,复合凝胶的比电容约为500 F/g;在恒电流充放电实验中,当电流密度增加到10 A/g时,复合凝胶的比电容仍然保持在约400 F/g. 当循环伏安扫描1 000圈后,比电容的保持率达到80%. 这些表明氮掺杂石墨烯/聚苯胺复合凝胶拥有突出的电化学性能,也表明了氮掺杂石墨烯/聚苯胺在超级电容器方面将会有很好的应用前景.     

石墨烯基全固态平面超级电容器电化学性能

针对全固态平面超级电容器性能偏低的问题,采用一种由在硅片上直接生长的方法制备出石墨烯薄膜作为电极,利用双电层超级电容器工作原理,采用PVA/H2SO4凝胶电解质,制备得到石墨烯基全固态平面超级电容器。循环伏安测试结果表明:该超级电容器具有双电层电容特性。循环伏安曲线没有氧化还原峰,说明双电层电容完全提供电极的容量。当扫描速率为50 m V/s时,该超级电容器的循环伏安特性较好,面积比电容为290.24μFcm-2,能量密度为22.68μWhcm-2。为平面微型超级电容器的研究提供了重要参考。     

无尘纸@还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及性能

以低成本的无尘纸为基底吸附氧化石墨烯,再通过水热处理得到还原氧化石墨烯,最后将苯胺原位聚合到无尘纸@还原氧化石墨烯上,制备得到无尘纸@还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料。运用循环伏安法、恒电流充放电法、阻抗法等测试该复合材料的电化学性能。结果表明,与无尘纸@还原氧化石墨烯相比,无尘纸@还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的电化学性能有显著提高,在扫描速率为20 mV/s时,比电容达到280 F/g。基于无尘纸@还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料组装的电容器有良好的柔性,充电后可点亮白色LED灯。因此,具有柔性与电容性能的无尘纸@还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料能用于超级电容器领域。     

磷掺杂还原氧化石墨烯/聚苯胺复合水凝胶的制备及性能研究

石墨烯/聚苯胺复合材料作为超级电容器的自支撑电极材料具有巨大的潜力。以磷酸为磷源的水热还原法制备磷掺杂还原氧化石墨烯(P-rGO)水凝胶,再以P-rGO水凝胶为基质在3种溶剂(正己烷、水和四氯化碳)中负载聚苯胺,合成磷掺杂还原氧化石墨烯/聚苯胺(P-rGO/PANI)复合水凝胶。利用X射线衍射、扫描电子显微镜表征产物的微观形貌与结构,运用电化学工作站测试该材料的电化学性能。以1 mol/L的H₂SO₄溶液为电解质,经过1 000圈循环测试后,材料的比电容保持率均为81%以上,表明其有作为超级电容器电极材料的潜质。该研究为开发出低成本、高性能的超级电容器电极材料提供了实验依据和理论指导。     

多孔石墨烯的制备及其在超级电容器中的应用

采用催化刻蚀法,制备出作为一种大比表面积、高导电性的、已被广泛用作超级电容器的二维碳电极材料。石墨烯的多孔材料由于其多孔结构能够加快离子的扩散,使得比电容进一步增加,增强了其双电层电容性能。多孔还原氧化石墨烯(hrGO),并将其用作超级电容器的电极材料。同时利用透射电子显微镜、X射线电子能谱和电化学技术对制备出的hrGO进行表征。利用循环伏安法和恒电流充放电技术对比了未刻蚀孔的还原氧化石墨烯(rGO)和hrGO的超级电容性能。当电位在-1～0 V范围内时,hrGO的比电容要大于未刻蚀的rGO的比电容,当扫速为10 mV/s时,其比电容可达到33 mF/cm~2;当电流密度为0.2 mA/cm~2时,hrGO的比电容仍要大于未刻蚀的rGO的比电容,与循环伏安测试中得到的结论一致。在充放电达到3 000次循环后,比电容保持在初始值的87%。上述结果表明该方法制备的多孔石墨烯具有良好的超级电容性能,适用于超级电容器负极材料。     

功能化石墨烯超级电容器电极材料的制备及性能

通过水热法制备氨基功能化改性石墨烯(NFG)和还原氧化石墨烯(RGO)。利用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对制备材料的形貌和结构进行表征;利用循环伏安法、恒电流充放电和电化学交流阻抗技术对NFG和RGO的超级电容器性能进行测试。在放电电流密度为1 A/g时, NFG和RGO分别在1 mol/L的H_2SO_4溶液中的比电容为307 F/g和134 F/g。经过2 000次循环充放电后, NFG和RGO的比电容分别为初始值的97.7%和95.5%,结果表明制备的超级电容器电极材料具有优异的充放电性能和循环稳定性。     

MnO2/石墨烯复合气凝胶的制备及其电化学性能

研制出超长周期、高比电容的超级电容器电极是未来储能器件的关键。采用了一种简便有效的自组装水热法合成了二氧化锰/还原氧化石墨烯(MnO2/RGO)复合气凝胶。通过一系列表征技术对其形貌和结构进行了分析。其电化学性能测试结果表明,当电流密度为1A/g和40A/g时,MnO2/RGO比电容分别可达到252F/g和146F/g,具有较好的倍率性能。此外,复合气凝胶在20A/g的高电流密度下,经过10 000次循环后,其比电容为初始电容的87.8%,说明此复合材料具有优异的循环稳定性。杰出的电化学性能归功于:1)三维(3D)石墨烯气凝胶不仅为MnO2粒子提供了良好的支撑,而且促进了离子和电子的快速转移;2)MnO2粒子可以抑制RGO的团聚和重叠。     

掺杂不同类型石墨烯对聚苯胺微观结构及电化学性能的影响

以改进的Hummers方法制备了氧化石墨烯(GO)、还原氧化石墨烯(RGO)和十八胺基化的石墨烯(RGOODA),并以此为掺杂剂通过化学氧化法制备了聚苯胺/氧化石墨烯(PANi/GO)、聚苯胺/还原氧化石墨烯(PANi/RGO)和聚苯胺/十八胺基化石墨烯(PANi/RGO-ODA)掺杂材料.利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等测试手段对功能化石墨烯及聚苯胺掺杂材料的结构和微观形貌进行了表征;运用循环伏安法(CV)、交流阻抗(EIS)和恒流充放电测试方法对其电化学性能进行了测试.结果表明:PANi/RGO和PANi/GO基本保持了石墨烯的片状结构,聚苯胺以颗粒状均匀分散在石墨烯片层表面,并有PANi纳米线形成;然而PANi/RGO-ODA的微观结构致密,片层结构不明显.在电流密度为1 A/g的测试条件下,PANi/RGO、PANi/GO和PANi/RGO-ODA的比电容分别为342、275、119 F/g,在经过1 000次充放电循环后,三者电容保持率分别为87%、72%和53%,表明掺杂不同类型石墨烯对PANi微观结构和电化学性能的影响差别较大,其中PANi/RGO具有良好电容储存能力,可用于电容器.     

石墨烯/聚苯胺水凝胶的制备及其在超级电容器中的应用

为解决二维纳米材料石墨烯在使用中容易堆叠的问题,制备了石墨烯/聚苯胺复合水凝胶,先利用氧化石墨烯片层间的π-π相互作用、含氧官能团、氢键等作用力自组装而成三维水凝胶,再将苯胺单体化学氧化原位聚合并复合入石墨烯水凝胶中制成复合水凝胶,应用于超级电容器的电极材料中具有较好的电容性能.在冰浴条件下制备有利于聚苯胺形成长链,其复合水凝胶比电容可达390.9 F/g,比普通石墨烯水凝胶提高了近60%.     

聚吡咯/石墨烯复合水凝胶的制备与性能

先通过软模板法制备具有纳米管状结构的聚吡咯（PPy）,再以此PPy与氧化石墨烯（GO）为前驱物,通过水热法制备具有三维结构的聚吡咯/石墨烯（PG）复合水凝胶。研究了PPy用量对复合水凝胶的影响。利用扫描电子显微镜对其形貌进行表征,用循环伏安法和恒电流充放电法对复合凝胶的电化学性能进行了研究。结果表明,当m（PPy）∶m（GO）在1.5∶1到2.5∶1之间时,可以形成完整的PG复合水凝胶,复合水凝胶可承受自身重量约1 000倍的压力。PG复合水凝胶具有良好的电化学性能,当恒电流充放电测试的电流密度增加到20 A/g时,复合水凝胶的比电容仍然大于400 F/g。这些结果表明PG复合水凝胶在超级电容器领域有着较好的应用前景。     

石墨烯的制备及表征

为了得到高性能的石墨烯材料,采用水合肼、茶多酚与抗坏血酸3种不同的还原剂将氧化石墨烯还原制备得到石墨烯.通过红外光谱、X射线衍射、接触角对产物的结构进行表征,采用四探针法测试电导率,循环伏安法和计时电位法测试电化学性能.水合肼、茶多酚与抗坏血酸这3种还原剂都能有效地将氧化石墨烯结构中的亲水基团去除,得到疏水的石墨烯.通过比较3种还原剂制备的石墨烯的电化学性能,发现通过茶多酚还原得到的石墨烯的导电性能最好,当电流密度为3 A/g时,茶多酚还原得到的石墨烯电容性能达到609 F/g,保持率达到87.71%.这表明由茶多酚还原得到的石墨烯具有更为优良的电化学性能.     

石墨烯化石墨/聚苯胺电极的制备及电容特性

通过电解剥落得到的表面石墨烯化的石墨电极(graphene layers/graphite plate, GL/GP)为基底,在硫酸介质中以苯胺为单体,采用循环伏安法(cyclic voltammetry, CV)制备了表面石墨烯化的石墨/聚苯胺(graphene layers/graphite plate/polyaniline, GL/GP/PANI)电极,并探究聚合圈数对GL/GP/PANI电极比电容的影响。利用场发射扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)对电极材料的形貌进行表征。在0.5 M H₂SO₄电解液中,对合成的电极材料进行循环伏安、恒电流充放电(chronopotentiometry, CP)和电化学稳定性测试。结果表明,在表面石墨烯化的石墨电极上合成的PANI具有棒状结构,电流密度为0.085 mA/cm²时, GL/GP/PANI电容器的比电容可达1 042.8 F/g。提供了一种新的超级电容材料基底电极的构建方式。     

水热法制备聚苯胺/石墨烯复合材料的研究

以氧化石墨烯（GO）与苯胺作为前驱物,在高温高压下一步水热反应,合成了聚苯胺/石墨烯（PANI/Gr）复合材料。利用紫外可见光谱、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜研究了PANI/Gr复合材料的结构和微观形貌,进一步利用电化学工作站探究了PANI/Gr复合材料的电化学性能。研究了水热反应时苯胺与GO的投料质量比对所得复合材料的结构与电化学性能的影响。循环伏安法和恒电流充放电测试结果表明由于聚苯胺与石墨烯的相互作用,复合材料的电容性能比单组分的聚苯胺和石墨烯要高。这说明通过GO与苯胺的一步水热反应成功制备了具有优良电容性能的PANI/Gr复合材料。     

聚吡咯/二氧化锰复合材料的合成与性能

聚吡咯制备简便、电导率可控,且比电容高、稳定性好、易于跟其他材料复合,是导电聚合物中一种颇具前景的超级电容器的电极材料.结合二氧化锰成本低、比表面积大、可逆性高、电化学性能稳定、环境友好等优点,采用一步法成功制备了聚吡咯/二氧化锰纳米复合材料.通过傅里叶红外光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线能量色散谱等测试,对聚吡咯/二氧化锰复合材料的结构和形貌进行表征;并且通过循环伏安法和计时电位法对其进行电化学性能测试.结果表明在电流密度为1A/g时,所合成的聚吡咯/二氧化锰复合材料的电容比聚吡咯大几十倍,达到559F/g,并且保持率达到98.64%,表明聚吡咯/二氧化锰复合材料具有优良的电化学性、良好的可逆性和优秀的稳定性,与其他同类超级电容器电极材料对比具有一定的优势.     

Hydrothermal synthesis and capacitance property of cobalt sulfide/graphene oxide nanocomposite

The cobalt sulfide/graphene oxide (CoS/GO) nanocomposite was synthesized by a simple hydrothermal reaction. The products as-synthesized were characterized by XRD, SEM, TEM, BET-BJH and TG. The electrochemical property and impedance of the CoS/GO nanocomposite were studied by cyclic voltammetry and EIS analysis, respectively. The results show that the presence of the GO enhances the electrode conductivity, and then improves the capacitance property of the CoS/GO nanocomposite. The galvanostatic charge/discharge measurement results show that the CoS/GO nanocomposite has a high specific capacitance (550 Fg^-1) and long cycle life (over 1 000 cycles).     

聚乙酰苯胺/氧化石墨烯纳米复合材料制备及其超级电容性能

采用改进的Hummers方法制备氧化石墨,在乙醇溶液中超声分散120 min得到氧化石墨烯悬浮液。采用滴涂法在玻碳电极表面得到氧化石墨烯薄膜,通过电化学技术在氧化石墨烯薄膜上沉积得到聚乙酰苯胺纳米线,成功制备了聚乙酰苯胺/氧化石墨烯纳米复合材料(PAANI/GO)。利用扫描电镜、循环伏安法和恒电流充放电测试技术对合成材料的形貌和充放电性能进行表征和测试。结果表明,直径为80 nm的聚乙酰苯胺纳米线均匀分散在氧化石墨烯表面,制备的复合材料在1 mol/L高氯酸溶液中,当循环伏安扫速为10 m V/s时,可以获得706 F/g的比电容,PAANI的比电容为285 F/g。聚乙酰苯胺/氧化石墨烯纳米复合材料具有优异的充放电稳定性,当恒电流为1A/g时,循环充放电1 000次比电容是初始值的90%。     

Carbonized Zn-MOF/PANI的合成及其电容性能研究

通过简单的方法将煅烧过的金属有机框架(MOF)与聚苯胺(PANI)复合,形成了简单的MOF/PANI复合材料.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶转换红外线光谱(FTIR)对其进行了表征,并用循环伏安法(CV)对其电化学性能进行了测试.结果证明了MOF/PANI的比容量在电流密度为1 A/g下可高达477 F/g.