三维碳微米管/碳纳米管复合结构的制备及在超级电容器中的应用

利用天然生物质杨絮特殊的管状结构通过简单的高温碳化法制备出碳微米管(CMTs). 将所得到的碳微米管作为基底, 采用化学气相沉积法制备出三维结构的碳微米管/碳纳米管(CNTs)复合材料. 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)光谱仪、拉曼光谱仪对其进行了详细分析. 通过两电极测试体系对其超级电容性能进行测试, 碳微米管/碳纳米管复合电极在1 mol·L^-1Li₂SO₄电解液中的比电容值可达77 F·g^-1, 远大于碳微米管的比电容值(23 F·g^-1).     

香菇生物质基氮掺杂微孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用

采用简易浸泡法和一步碳化/活化法制备香菇生物质基氮掺杂微孔碳材料(NMCs),利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构形貌进行表征,并研究了其超级电容特性。测试结果表明,NMCs的微孔比表面积高达1 594 m~2·g~(-1),且拥有更高数量的含氮官能团,其吡啶型含氮官能团比例也有所提高,展现出优异的超级电容特性。在0.5 A·g~(-1)的电流密度下,其比容量高达325 F·g~(-1),当电流密度上升到20 A·g~(-1)时,其比电容仍然高达180 F·g~(-1),表现出优异的倍率性能;同时,在5 A·g~(-1)的电流密度下,电极经历5 000次充放电循环后具有97.7%的比容量保持率,展现出优异的循环稳定性。这主要归因于NMCs超高的微孔比表面积和丰富的含氮官能团。     

二氧化锰微米球制备及其于超级电容器的应用

利用KMnO4氧化MnCO3微米球前躯体制备MnO2微米球.X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安(CV)法等测试表明:该MnO2微米球由弱结晶α-MnO2构成,粒径为0.5~2μm.测试样品的MnO2微米球载量为5 mg.cm-2时,在2 mol.L-1(NH4)2SO4溶液中表现出良好的电容性能:其于2 mV.s-1的扫速下比电容达到了135.6 F.g-1;即使是100 mV.s-1的高扫速,比电容仍保持为118.8 F.g-1.500次循环过程中充放电效率保持在87.8%以上.第500次循环的比电容为110.5 F.g-1.     

温度对碳球形貌及超级电容性能的影响

以三氯乙烷和二氯乙烷为原料, 金属钠为还原剂, 在溶剂热条件(100~150 ℃)下使氯代乙烷中的碳氯键和碳氢键发生断裂制备了碳纳米球, 并对制备的碳纳米球进行了表征. X射线衍射结果表明, 样品为类石墨结构, 衍射信号宽且弱, 表明样品的结晶性较差; 拉曼光谱分析结果也表明样品具有较高的无序度. 样品的SEM与TEM分析结果表明, 在较高的反应温度下, 碳球具有更好的单分散性, 碳球的粒径随温度的升高而增大; 选区电子衍射结果表明碳球内部为无定形的类石墨结构. 以碳纳米球为负极材料的锂离子电池测试结果表明, 50周循环后比容量为941 mA·h/g, 库仑效率接近100%, 放电容量保持率为103.7%, 具有良好的循环稳定性. 测试了不同温度下制备样品的超级电容器性能, 发现120 ℃下制备的碳纳米球具有较高的比电容和较低的内阻值, 比电容高达130 F/g, 经过1000周循环充放电后比电容衰减比例低于14%, 具有较高的稳定性.     

超级电容器用含氮碳与含氮碳/炭气凝胶复合电极材料的制备和性能研究

采用原位聚合法合成聚苯胺(PAIN)及聚苯胺/炭气凝胶(PAIN/CA)复合材料,经过高温裂解制备含氮碳(NC)及含氮碳/炭气凝胶复合材料(NC/CA),再以KOH为活化剂对其进行活化,制备活化含氮碳(ANC)及活化含氮碳/炭气凝胶复合材料(ANC/CA)。采用扫描电镜、循环伏安、恒流充放电以及电化学阻抗等方法进行性能测试,结果表明,由于KOH的活化作用,含氮碳材料的粒径明显变小,其比电容值为138 F/g,高于未活化含氮碳材料(98 F/g),ANC/AC3复合材料电极的比电容值比ACA电极(88 F/g)高,达到127 F/g。     

聚苯胺碳化产物表面和体相结构表征

测试分析了聚苯胺树脂碳化产物表面和体相结构。结果表明聚苯胺树脂碳化产物比表面积随碳化温度升高而下降。在700℃和1000℃还原性气氛中碳化处理的样品与620℃处理的样品相比,比表面积分别下降了约8.3%和33.7% 。在相同温度条件下,惰性气氛中碳化处理的样品比表面积低于还原性气氛中碳化处理的样品。聚苯胺树脂碳化产物表面中的氮主要以两种不同的基团结构形式存在,并且树脂碳化产物表面的氮含量随着碳化处理温度升高逐渐降低。聚苯胺620℃碳化处理时主要是树脂中的含氮基团发生变化,而其他结果基团变化较小。700℃碳化处理后则开始大规模碳化裂解。但1000℃碳化处理后的样品仍含有少量的碳氢键和氮氢键。1000℃碳处理的树脂碳化样品开始形成多碳稠环,并向有序化方向转变。     

自活化乌拉草基多孔碳的制备和电化学性质

以乌拉草为原料,采用直接碳化方法,通过热解过程中前驱体自活化(即利用自身包含的活化剂实现分子内的化学活化),并经过必要的除杂过程制备了多孔碳材料Ula C-950-HF.测试了该多孔碳的电化学性质,并与以几种常见的生物质为原料制备的多孔碳材料及商用活性炭的电化学性质进行对比.结果表明,乌拉草基多孔碳材料Ula C-950-HF的电容值为113 F/g,经过4000次循环后,材料的电容值仅降低了4 F/g,显示出用作超级电容器电极材料的潜力.     

碳化法国梧桐絮制备碳微米管及作为超级电容器电极的研究

利用法国梧桐絮(花粉)的管状结构,通过简单的碳化处理制备了碳微米管。并用扫描电子显微镜、X-射线衍射光谱仪、拉曼光谱仪和X射线光电子能谱仪对碳微米管进行了详细分析。碳微米管的外径为20~30μm,壁厚约为1μm。其内外壁存在着许多微孔和介孔,BET比表面积为265 m2.g-1。碳微米管具有典型的电化学双电层电容性能,表现出优异的稳定性,展示了在超级电容器方面的应用潜力。     

基于聚多巴胺的氮掺杂碳材料的制备及其电化学性能

多孔碳材料由于高的比表面积、优异的电子传导率、良好的化学稳定性等优点在超级电容器电极材料领域被广泛研究。 碳材料的组成及表面孔结构直接影响其电化学性能,为进一步提高碳材料的电容性能,本文首次以聚多巴胺球为前体,KOH为活化剂,通过高温碳化成功制备了良好电化学性能的氮掺杂多孔碳材料。 通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、 X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)和Raman光谱等对所制备的氮掺杂多孔碳材料进行了形貌及结构组成的表征。 在6 mol/L KOH电解液中, 采用循环伏安、恒电流充放电对多孔碳材料的电化学性能进行了研究。 结果表明,由于双电层电容和赝电容的协同作用,在电流密度为1 A/g时,材料的比电容可达269 F/g,充放电循环1000圈后电容仍可保留初始值的93.5%。     

鳞状CoMn_2O_4/石墨烯复合材料的制备及在超级电容器中的应用

通过简单的共沉淀反应和热处理过程在还原氧化石墨烯(rGO)表面生长鳞状锰酸钴(CoMn_2O_4)纳米片,得到了CoMn_2O_4/rGO复合材料.通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)以及X射线光电子能谱(XPS)对样品的结构和组成进行了表征.电化学性能测试结果表明,CoMn_2O_4/rGO具有较好的储能性能和优良的循环稳定性.当电流密度为2 A/g时,CoMn_2O_4/rGO的比电容可达1000.8 F/g.经过1000周充放电循环后比电容保持率为93.6%.     

石墨烯纸的制备及电容特性

利用未经任何分散处理的氧化石墨溶胶在气-液界面自组装得到氧化石墨纸(ϕ=10 cm), 将氧化石墨纸在不同温度下用水合肼蒸气还原制得石墨烯纸. 采用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)、 Raman光谱、 X射线光电子能谱(XPS)及氮吸附对还原前后样品的微观结构、 表面特性、 元素组成及比表面积进行了表征, 在此基础上考察了还原处理及还原温度对材料电容特性的影响. 结果表明, 在150 ℃下还原氧化石墨纸得到的石墨烯纸具有较好的电化学电容特性, 其在1000 mA/g恒定充放电电流密度下, 6 mol/L KOH电解质溶液中的质量比电容达到142 F/g, 1000次充放电循环后电容保持率为99.8%.     

有序介孔碳CMK-3微波负载NiO及其电容性能研究

微波法负载具有简便、快速、均匀的优点. 本文尝试以乙二醇为还原剂, Ni(Ac)₂为Ni源, 通过微波辐射负载及低温空气煅烧在CMK-3上形成NiO. 对样品进行X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、N₂吸脱附等结构表征及循环伏安(CV)等电化学性能测试. 结果显示, 微波法并经低温空气煅烧后有序介孔碳CMK-3的小角XRD峰强度变弱、比表面积下降、孔容减小, 但却使其比电容从229.3 F/g提高到295.9 F/g, 大于文献报导中介孔碳负载MnO₂, RuO₂•xH₂O后的比电容值. 由此说明微波法是有效的负载方法, 具有较好的应用前景.     

块状碳/氧化镍复合物的合成及电容特征

应用离子交换法将N i2+离子引入酚醛凝胶并碳化,制备出块状的碳/氧化镍(C/N iO)复合物材料.原子吸收光谱(AAS)、X射线衍射(XRD)和循环伏安测试(CV)表明,样品中引入的N i含量可以达到5.9%(by m ass),其存在形式主要是N iO,伴有少量未被氧化的金属N i,比电容和电容性能以N i含量为4.4%的表现最佳.     

静电纺氧化锰复合碳纳米纤维柔性膜的电化学性能

采用一步法静电纺丝技术制备了具有超亲水特性的氧化锰/碳纳米纤维(MnO_x/CNFs)复合柔性膜电极材料,并通过X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等对复合材料进行了表征.电化学性能测试结果表明,复合材料的电容性能优于单一材料,醋酸锰质量分数为40%时制得的复合纳米纤维电极(MC-4)在1 A/g电流密度下,于2 mol/L KOH电解液中的比电容高达1112.5 F/g,10 A/g电流密度下循环3000次比容量保持在93.4%,具有很好的稳定性.MnO_x/CNFs复合材料电化学性能增强一方面是由于三维超亲水纤维膜结构有利于电解液的快速浸润渗透,从而极大缩短了传输到材料基质的有效路径;另一方面是由于碳和MnO_x的协同效应,包裹在MnO_x粒子周围的碳层避免了MnO_x在充放电过程中的体积膨胀效应,这2种叠加机制促进了电化学性能的提升.     

生物质巨菌草衍生炭的合成及在超级电容器中的应用

将巨菌草低温预碳化处理,得到粉末炭质材料(JPC),再用不同比例的KOH在不同温度下进行活化处理,得到了以微孔和介孔分布为主的无定形炭材料(JPCK1).所合成的炭材料JPCK1-900-4X的比表面积高达3368 m²/g,具有较大的孔隙体积和0.95%(原子分数)的氮含量.电化学测试结果表明,JPCK1-900-4X在超级电容器应用中表现出优异的储能潜力;在电流密度为0.5 A/g时其比电容为311.7 F/g,电流密度提高到10 A/g时比电容为230 F/g;在电流密度为10 A/g时经过5000次充放电循环后其电容保持率为97.5%;在两电极体系下,当功率密度为250 W/kg时,其能量密度可达17.7 W·h/kg.     

用于超级电容器电极材料的聚苯胺基碳(英文)

在不同温度下碳化硫酸掺杂的聚苯胺制备了含杂原子(氮和氧原子)的新型碳材料.分别通过扫描电镜、元素分析仪、X射线光电子能谱仪和比表面积测试仪对这些碳材料的形貌特征、元素组成、表面化学组成和比表面积进行了表征.用循环伏安法、恒电流充放电法和交流阻抗法对其进行了电化学性能的研究.研究结果表明,在温度为800℃下碳化聚苯胺得到的碳有很好的电化学性能,尽管它的比表面积很小(325m·2g-1),但在0.5A·g-1电流密度下其比电容高达153F·g-1.它的高比电容可能与其含有合适比例的杂原子(氮和氧原子)有关,因为合适比例的氮和氧杂原子能够产生最大的赝电容.这些结果表明这种碳材料是一种很有发展前景的超级电容器电极材料.     

氮掺杂泡沫碳电催化剂的制备及氧还原性能

利用水解乙烯基咪唑鎓硝酸盐([Hvim]NO3)作为发泡剂和一次氮源,在碳化过程中实现材料自发泡。创造性地引入二次氮源三聚氰胺(C3H6N6),通过调控一次、二次氮源比例和碳化温度,制备得到氮掺杂泡沫碳材料(HxMy-T,其中x∶y为一次和二次氮源的质量比,T对应不同的碳化温度)。该方法提升了催化剂的氮掺杂含量,构建了更多有利于氧还原反应(ORR)的活性氮位点。电镜结果显示,催化剂H1M1-1000呈现出典型的泡沫碳孔洞结构和丰富的层状褶皱结构;X射线光电子能谱测试结果表明,该样品具有较高的活性氮含量(原子分数6.77%),吡啶氮和石墨氮的原子分数分别高达22.23%和55.59%;电化学测试结果表明,该样品在碱性环境中的半波电位为0.834 V(vs RHE),与商业Pt/C相当,且具有优于商业Pt/C的抗甲醇性能和稳定性。     

镍掺杂花状纳米碳片的制备及其在超级电容器中的应用

本文通过溶剂热法"一锅"制备了镍掺杂的花状纳米碳片(Ni/FCNAs)。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对该复合材料的表面形貌和结构进行了分析。循环伏安和恒流充/放电测试结果表明,Ni/FCNAs具有较大的比电容值且电化学稳定性良好。在电流密度为0.1 A.g-1时,Ni/FCNAs电极的比电容可达176 F.g-1。本文同时也提出了Ni/FCNAs可能的形成机理。     

氮掺杂介孔碳的制备及其电化学超电容性能（英文）

通过直接炭化沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-8)纳米多面体,成功制备了氮掺杂介孔碳(NMCs).采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)及比表面和孔隙度分析仪对其微观形貌和结构进行了表征,并对NMCs的电化学超电容性能进行了测试.结果表明:NMCs具有规整的形貌、介孔纳米结构和较大比表面积(2737 m2·g-1);由于氮元素掺杂所赋予的优异的表面润湿性和赝电容性能,且介孔结构有利于电解质到达电极活性材料表面,NMCs表现出优异的电化学超电容性能,在1A·g-1的电流密度下,1.0 mol·L-1H2SO4溶液中的比电容值为307 F·g-1,并具有良好的功率特性;此外,在10 A·g-1的大电流密度下充放电循环5000次后,NMCs的比电容值保持率为96.9%.     

静电纺丝法制备煤基纳米碳纤维及其在超级电容器中的应用

以氧化处理的新疆库车原煤、聚丙烯腈(PAN)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为原料,通过静电纺丝法制备了直径均匀的煤基纳米碳纤维前驱体,经高温碳化、CO2活化得到煤基超级电容器电极材料.使用X射线能谱仪、物理吸附仪、扫描电子显微镜、红外光谱仪和热分析仪等对前驱体及产物进行了表征.结果表明,原煤经过高锰酸钾氧化处理后,部分连接大分子的烷基链被打断,含氧基团明显增多,使原煤在DMF中的溶解度大幅提高.电化学测试结果表明,在电流密度为1 A/g时,煤基活化碳纤维的比电容为259.7F/g,在1000次循环充放电后比电容仍然保持99.2%.