双向有序Ti3C2Tx/rGO复合气凝胶的制备及其电化学性能的研究

近年来,二维材料MXene因其优异的电化学性能引起了人们的关注,被广泛应用于电化学储能领域。然而,在组装电极过程中,MXene纳米片往往会产生严重的自堆积效应从而大幅限制了其电化学性能。设计三维结构的气凝胶是解决MXene自堆积问题同时开发高性能MXene基超级电容器电极材料的关键。本文利用氧化石墨烯(GO)改善了Ti₃C₂T_x气凝胶的力学强度,并通过双向冷铸和冷冻干燥、温和还原的方法制备了具有双向有序结构的Ti₃C₂T_x/rGO复合气凝胶(A-TGA)。A-TGA具有较好的力学性能和导电性,因此可直接作为超级电容器的电极材料。同时,双向有序的独特结构为电解质离子提供了无阻碍的传输通道,大幅提升了气凝胶的电化学性能。A-TGA在电流密度为1 A·g^-1时的比电容为370 F·g^-1,在100 mV·s^-1扫速下经过5 000次循环后,电容保持率高达94%,表现出优异的循环稳定性。     

用于超级电容器的二硫化钼纳米片制备及电化学性能研究

以钼硫摩尔比为1∶15的钼酸钠和硫脲为原料，采用高温固相法结合球磨的方法制备二硫化钼(MoS₂)纳米片并用于超级电容器。利用热重-差示扫描量热、X射线衍射和扫描电子显微镜对样品的热稳定性、物相及微观形貌进行表征，并采用循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)和电化学阻抗(EIS)等技术测试样品的电化学性能。结果表明：经过750℃烧结并于700 r·min^-1转速下球磨10 h所制的MoS₂层数为88层；在充放电电流密度为0.5和1 A·g^-1条件下，该样品比电容分别为82.4和60.9 F·g^-1(优于球磨前的54.6和24.0 F·g^-1),经过2 000次充放电循环，比电容保持率达92.4%。     

α-Ni(OH)2三维花状纳米结构构建及其电化学性能研究

通过水热合成实现三维花状纳米结构α-Ni(OH)2和正多面体结构Ni(HCO3)2的制备,研究其特殊形貌对电极材料充放电性能的影响.结果表明:三维花状纳米结构的电极材料比电容较高,电流密度为2.0A·g-1时,比电容最高为1212.12 F·g-1,电流密度为1.0A·g-1时循环10000次后的容量保持率为76;.由于α-Ni(OH)2三维花状结构中较薄的纳米片厚度,极大的增加了活性物质与电解液的接触面积,为电解液中离子顺畅进出材料内部提供了便利,使得赝电容反应更加充分,有利于电化学性能的迅速提升.     

溶剂热合成Co(OH)2/活性炭复合电极材料及其电化学性能研究

以Co(NO3)2·6H2O,CO(NH2)2和活性炭(AC)为原料,利用溶剂热法合成了Co(OH) 2/AC复合电极材料.X射线衍射仪、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱和热重分析显示,产物是约为2 μm无定形的Co(OH)2薄片状粒子与AC颗粒复合.电化学测试表明,在6 mol/L KOH电解液中电流密度为1A·g-1时,电极材料的比电容达301F·g-1,倍率特性良好(164 F·g-1,20 A·g-1);比电容值比AC和Co(OH)2分别提高了89;和35;.复合材料电化学性能提升源自于高导电性活性炭和高赝电容比容量Co(OH)2间的协同作用.     

Ti/SnO2-IrO2电极的制备及其电化学降解对氯苯酚

电化学氧化法降解水中毒性有机物具有低碳、节能、清洁等优点,该技术的关键是开发高效、稳定、价格低廉的阳极。本文采用热分解法制备了Ti/SnO₂-IrO₂电极,对电极进行表征和电化学性能分析,并降解了对氯苯酚。考察不同因素(电流密度、目标污染物初始浓度、Cl^-浓度)对降解效果的影响。结果表明,Ti/SnO₂-IrO₂电极具有较长的寿命和良好的电化学性能。当电流密度为20 mA·cm^-2,对氯苯酚初始浓度为300 mg/L,Cl^-浓度为1 000 mg/L时,化学需氧量(COD)去除率可达89.02%,同时电极具有较低的能耗0.596 kWh·g^-1,表现出优异的催化性能。该电极具有一定的工业应用前景。     

高锰酸钾对石墨烯及石墨烯-CaTi2O4(OH)2复合材料电化学性能的影响

由于CaTi2O4(OH)2导电性较差,为进一步提升CaTi2O4(OH)2电化学性能,将具有优异导电性的石墨烯材料与之复合.采用C为原料,H2 SO4为插层剂,KMnO4为氧化剂还原制得石墨烯,将两者复合制备石墨烯-CaTi2 O4(OH)2复合材料.研究高锰酸钾用量对石墨烯-CaTi2O4(OH)2复合材料电化学性能的影响.利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的显微结构、形貌进行检测分析,采用恒电流充放电(CP)和循环伏安(CV)等技术测试其电化学性能.实验结果表明:当高锰酸钾用量5 g时,可以制备出氧化、还原程度良好,电化学性能优异的石墨烯,与CaTi2O4(OH)2复合制得样品电极,其电化学性能最优,在5 A/g的工作电流密度下,样品比电容高达394.2 F·g-1是纯CaTi2O4(OH)2电容值(162 F·g-1)的2.43倍.     

镍硫化物/碳纳米管复合材料的制备及电化学性能研究

采用溶剂热法以NiC12·6H2O为镍源,乙醇为溶剂制备Ni/CNTs前驱体,在水热反应条件下,用Na2S2O3·5H2O对Ni/CNTs前驱体进行硫化,得到NS/CNTs复合材料.对其电化学性能进行测试,NS/CNTs复合材料在1A·g-1电流密度下的比电容可达533.33 F·g-1,经1000次循环充放电后,比电容保持率为42.50;.相较于NS纳米片(146.67 F·g-1和27.27;),NS/CNTs复合材料的电化学性能得到了显著提升,表明CNTs的加入能明显改善镍硫化物的电化学性能.     

二氧化钒/泡沫镍一体化电极材料的制备及其电化学特性研究

采用五氧化二钒,草酸和泡沫镍作为原料,经一步水热反应法,成功制备出二氧化钒/泡沫镍一体化电极。X-射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)用来表征二氧化钒/泡沫镍电极材料的物相和形貌。结果显示,当草酸浓度为0.1 mol·L~(-1)时,制备的二氧化钒具有纳米片状结构,其厚度为80~140 nm。电化学结果显示,二氧化钒/泡沫镍一体化电极材料,其比电容高达3.99 F·cm~(-2)(在电流密度为1 m A·cm~(-2)),这是由于生长在泡沫镍上片状二氧化钒具有高的比表面积。经过2000次的循环后,二氧化钒/泡沫镍电极的比电容仅损失9.95%,显示很好的循环稳定性。     

三维还原氧化石墨烯的制备及超级电容性能

以氧化石墨凝胶制备的氧化石墨烯溶胶为前驱体,一步水热法制备三维还原氧化石墨烯,采用XRD、Raman、XPS、SEM和TEM对其结构和形貌进行表征;将其作为超级电容器的电极材料时,采用直接压片法制备工作电极,在三电极体系中测试了材料的超级电容性能.结果表明:经一步水热法对氧化石墨烯溶胶进行还原处理,可去除结构中大部分的含氧官能团,所得三维还原氧化石墨烯呈多孔网状结构,层数为3～7层;比电容在0.5A·g-1的电流密度下可达294 F·g-1,且在1A·g-1电流密度下循环1000次后仍高达247 F·g-1,保持率为88.85;;欧姆电阻Rs约为0.52 Ω,界面电阻Rc约为1.53 Ω.相对于热还原法和化学还原法所制备的石墨烯材料具有更好的超级电容性能.     

二氧化钒/泡沫镍—体化电极材料的制备及其电化学特性研究

采用五氧化二钒,草酸和泡沫镍作为原料,经一步水热反应法,成功制备出二氧化钒/泡沫镍一体化电极.X-射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)用来表征二氧化钒/泡沫镍电极材料的物相和形貌.结果显示,当草酸浓度为0.1 mol·L-1时,制备的二氧化钒具有纳米片状结构,其厚度为80 ～ 140 nm.电化学结果显示,二氧化钒/泡沫镍一体化电极材料,其比电容高达3.99 F·cm-2(在电流密度为1 mA·cm-2),这是由于生长在泡沫镍上片状二氧化钒具有高的比表面积.经过2000次的循环后,二氧化钒/泡沫镍电极的比电容仅损失9.95;,显示很好的循环稳定性.     

快离子导体Li1.5Y0.5Zr1.5(PO4)3包覆层对富镍三元正极材料电化学性能的影响

研发富镍低钴的先进正极材料是目前提高锂离子电池能量密度和降低电池成本的有效办法。然而,随着Ni含量的增加,富镍层状氧化物普遍存在前驱体合成困难、结构不稳定和界面活性高等一系列问题,阻碍了富镍层状氧化物正极材料的市场化推广。本文采用优化的共沉淀法制备出结构稳定的LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂(NCM811)正极材料,同时在NCM811材料表面均匀包覆快离子导体Li_1.5Y_0.5Zr_1.5(PO₄)₃涂层,以克服富镍层状氧化物界面结构不稳定和易受电解液腐蚀的难题。在4.5 V高截止电压下,改性样品0.2 C的放电比容量为214.2 mAh·g^-1,10 C的放电比容量高达158.8 mAh·g^-1,高于原始样品的203.7 mAh·g^-1(0.2 C)和82.7 mAh·g^-1(10 C)。同时,改性样品在4.3 V下经1 C循环200次后的容量保持率高达84.7%,高于原始样品(61.94%)。     

功能模板导向合成介孔三氧化钨及其光电化学性能

以钨酸(H₂WO₄)为钨前驱体,十二烷胺(DDA)为模板剂,利用模板剂的结构导向功能,合成了比表面积为57.3 m²·g^-1的介孔三氧化钨(DDA-WO₃),是未用DDA制备的非介孔WO₃(H₂WO₄-WO₃)的2.35倍。X射线衍射(XRD)结果表明,400 ℃下煅烧的DDA-WO₃是具有单斜晶型结晶孔壁的无序介孔结构。此外,400~550 ℃下煅烧的DDA-WO₃的结晶度均高于同条件的H₂WO₄-WO₃。400 ℃下的DDA-WO₃/FTO(掺氟氧化锡)在1.0 V的Ag/AgCl偏压作用下,可以产生0.18 mA·cm^-2的饱和光电流,是H₂WO₄-WO₃/FTO(0.06 mA·cm^-2)的3倍。增强的光电化学(PEC)活性主要因为DDA-WO₃/FTO的大表面积降低了低结晶度对PEC性能的不利影响,成为影响PEC活性的主要因素。500 ℃煅烧导致了DDA-WO₃/FTO介孔结构的坍塌,但高的结晶度仍然保持其优越的PEC催化活性。     

锂离子电池CoO多孔纳米片阵列/碳布柔性负极材料

可穿戴、可折叠电子设备日益受到人们的关注,开发与之配套的柔性电极材料成为当下的研究热点。本研究采用水热法制备前驱体/碳布复合材料,将其在高纯氩气气氛下煅烧,得到柔性的CoO多孔纳米片阵列/碳布负极材料。这种多孔与三维网状立体结构能够有效缓解充放电过程中材料的体积效应,而且多孔结构还增加了活性物质CoO纳米片的比表面积,有利于电极材料储锂容量的提升。电化学性能测试表明,该CoO多孔纳米片阵列/碳布负极材料在100 mA·cm^-2的恒电流下, 首次放电容量1 862.8 mAh·cm^-2,首次循环库伦效率87.8%,在700 mA·cm^-2的电流密度下,经过100次的充放电循环后,材料的放电比容量仍保持在1 428.9 mAh·cm^-2。在1 000 mA·cm^-2的电流密度下,仍然有1 353.8 mAh·cm²的容量。该方法简便易行且原料成本低廉,可以降低锂离子电池柔性负极材料的成本。     

Cu@PtCu催化薄膜的构筑及氧还原催化性能研究

采用喷涂或转印方法制备的质子交换膜燃料电池催化层存在活性不均匀或活性位点易失效的问题。本研究用静电纺丝法制备高导电性的柔性碳纳米纤维薄膜，然后将析氢电位较高的Cu以脉冲电沉积的方式均匀沉积到纤维膜上，制备出Cu纳米晶/碳纳米纤维膜，最后通过原位置换还原，合成Cu@PtCu/碳纳米纤维(Cu@PtCu/CNF)催化薄膜。Cu@PtCu/CNF催化薄膜解决了催化层活性不均的问题，且可以直接作为催化层使用。采用SEM、XRD、XPS等对其形貌、结构进行了表征。电化学测试结果表明，在pH=4、氯铂酸浓度为0.25 mg·mL^-1时获得的Cu@PtCu/CNF催化薄膜，其面积比活性为49 m²·g^-1。在5 000个循环的稳定性测试后，电化学活性比表面积保持74%,半波电位下降了9 mV,均优于商业Pt/C催化剂。     

碳纳米管负载RuO2纳米颗粒的制备及其Li-CO2电池性能

本文以水合三氯化钌溶液作为前驱体,通过简单的水热法将二氧化钌(RuO₂)纳米颗粒均匀负载在碳纳米管(CNT)基底上,成功制备出二氧化钌纳米颗粒分散均匀且具有三维多孔结构的RuO₂-CNT催化阴极。在相互交联的碳纳米管构成的三维多孔结构和RuO₂纳米颗粒高效的催化活性的双重作用下,显著提高了Li-CO₂电池的放电容量和循环性能。在100 mA·g^-1的电流密度下,首次放电比容量可达1 912 mAh·g^-1。此外,在电流密度100 mA·g^-1和恒定容量为500 mAh·g^-1的条件下,可稳定循环120个周期。本工作为Li-CO₂电池催化阴极的设计和制备提供了一种新的思路。     

制备方法对Al2O3-CeO2物化性质及CO2加氢制甲醇催化性能的影响

复合氧化物界面性质与CO₂加氢制甲醇反应的催化性能有着重要的关系。本文对比考察了物理共混法、浸渍法、传统共沉淀法和微流控连续共沉淀法对Al₂O₃-CeO₂复合氧化物界面性质和催化性能的影响。浸渍作用尽管使Al₂O₃/CeO₂界面产生了一定的结构性质调变,但贫瘠的氧空位缺陷导致催化反应效率低。共沉淀样品中固溶结构的存在增强了Al₂O₃/CeO₂界面的相互作用,增大了电子结合能,形成的大量氧空位缺陷有利于CO₂活化转化。而微流控连续共沉淀法合成样品因具有更小的晶粒尺寸、均匀的复合相结构和丰富的氧空位缺陷,表现出更为优异的催化性能。在原料气配比为V(H₂)∶V(CO₂)∶V(N₂)=72∶24∶4,反应温度为320 ℃,反应压力为3 MPa,体积空速为9 000 mL·g^-1·h^-1的条件下,Al₂O₃-CeO₂复合氧化物的CO₂转化率、甲醇选择性及甲醇时空产率分别达到15.3%,86.4%和0.076 g·mL^-1·h^-1。     

EDTA辅助水热法合成BiYO3及其高效光还原CO2性能研究

新型光催化剂的研制是光驱动下CO₂转化为高附加值化学品或燃料的核心问题,对实现“碳达峰·碳中和”目标具有重要意义。本文通过乙二胺四乙酸(EDTA)辅助水热法合成一系列新型Bi-Y-O光催化剂体系,发现样品的晶体结构随EDTA的添加量不同而发生变化。添加0.4 g EDTA或未添加EDTA时均可得到BiYO₃晶体,而添加0.8 g和1.2 g EDTA时分别制得Bi_1.46Y_0.54O₃和Bi₃YO₆晶体。光催化CO₂还原性能测试结果表明,添加0.4 g EDTA制备的BiYO₃具有最佳光催化CO₂还原活性,其CO产率为18.29 μmol·g^-1·h^-1,且3次循环使用后CO产率仍达17.32 μmol·g^-1·h^-1,明显高于其他样品。结合表征结果分析可知:EDTA的引入不仅可调控BiYO₃的结构形貌,而且拓宽其光响应范围、提高光生电子-空穴的分离效率,从而增强光催化还原CO₂性能,为新型高效B-Y-O光催化体系的研究提供基础科学数据。