SnO_2/氮掺杂石墨烯纳米复合材料的制备及其电化学性能研究

采用温和的水热法在氧化石墨烯(GO)片层上原位生长纳米SnO_2颗粒,通过氨水调节体系pH值并对石墨烯进行掺氮,成功制备出了SnO_2/氮掺杂石墨烯(N-rGO)和SnO_2/石墨烯(rGO)纳米复合材料,并对它的电池和电催化性能进行研究。XRD和SEM等分析结果表明,SnO_2颗粒均匀地分布在N-rGO和rGO表面,粒径分别为50 nm和100 nm左右。进一步的TEM结果表明,SnO_2颗粒是由更细小的粒径为5~7 nm SnO_2颗粒所组成的二次团聚体。半电池性能测试结果表明:在100 mA/g电流密度下,SnO_2/N-rGO和SnO_2/rGO的可逆容量分别为901 m Ah/g、756 mAh/g,比同等条件下纯的纳米SnO_2高6.0和4.9倍;在2 A/g的高电流密度放电情况下,SnO_2/N-rGO和SnO_2/rGO的放电比容量分别可以达到619 mAh/g和511 mAh/g,表现出优异的倍率性能。电催化性能测试表明:SnO_2/N-rGO的催化活性要高于SnO_2/rGO,催化氧还原反应(ORR)主要按照四电子转移过程进行,为非铂催化剂的研究提供了一个新的思路。

纳米纤维结构对石墨/纳米碳纤维复合材料电化学性能的影响

为了实现石墨/纳米碳纤维复合材料用作锂离子电池负极材料的商业化应用,本实验采用了化学气相沉积在石墨颗粒表面原位生长纳米碳纤维包覆的方法制备了石墨/纳米碳纤维复合材料,利用拉曼、扫描电镜以及高分辨透射电镜等手段对纳米碳纤维包覆层中纤维的形貌与微观结构进行研究。研究结果表明:550℃下生长的板式结构的纤维嵌锂容量要高于600℃生长的无序结构和650℃生长的管状结构纤维;纳米碳纤维优良的导电性能能够复合材料的倍率性能;此外,复合材料中纤维比例在5%左右时,循环稳定性好,首次循环库伦效率也较高。

聚噻吩薄膜改性质子交换膜燃料电池用超薄炭纸

为提高质子交换膜燃料电池用超薄炭纸的力学性能,采用电化学聚合法在高通量超薄炭纸(0.339 g·cm^(-3),0.13 mm)内部原位聚合聚噻吩薄膜,制备聚噻吩薄膜改性超薄炭纸(PTCP)。通过红外光谱仪(FT-IR)和扫描电镜(SEM-EDS)分析表征了PTCP的结构和形貌特征,并对其物理性能和其作为气体扩散层的质子交换膜燃料电池的电池性能进行测试。结果显示,所制备的聚噻吩薄膜包覆在炭纤维、基体炭-炭纤维节点上,在炭纸内部形成厚度均匀的薄膜网络,且厚度随聚合电流增大仅从119 nm增厚至574 nm,使PTCP保留了高通量超薄炭纸的孔隙结构;这种包覆型薄膜网络结构能有效提高炭纸的力学性能。PTCP相比同密度普通超薄炭纸(CP1)具有更好的力学性能和透气性,聚噻吩薄膜厚度约为422 nm时,PTCP拉伸强度(39.63MPa)比CP1高出45%,透气率(2 959 m L·mm·cm^(-2)·h^(-1)·mm Aq)比CP1高出13.2%,PTCP所制备的质子交换膜燃料电池最高功率密度(728 m W·cm^(-2))较CP1高出25.3%。

炭纸表面化学镀铜工艺优化

炭纸具有均匀的多孔质结构，本实验采用化学镀法在炭纸表面镀铜对炭纸进行改性，得到炭纸表面均匀分布的球形铜颗粒。论文重点研究了铜离子浓度、络合剂种类及浓度、pH及温度因素对化学镀铜沉积速率及镀层厚度的影响，进而确定了炭纸表面化学镀铜的最佳工艺。并且对炭纸表面铜颗粒进行900℃热处理，得到了较为规则的球形颗粒，且其表面分布有纳米针状结构。