石墨烯/层状双氢氧化物纳米复合材料在超级电容器中的应用研究

石墨烯/层状双氢氧化物(Gr/LDH)纳米复合材料多变的层状立体结构使其具有比表面积大、功率密度高、机械性能稳定、成分可调控等优良性能,成为储能材料领域备受关注的材料之一。概述了Gr/LDH复合材料的特点及制备方法,并对复合材料在超级电容器领域的应用研究进展进行了评述。Gr/LDH的制备方法有水热合成法、共沉淀法、剥离重堆积法、层层自组装法等。通过制备方法的改进,复合材料可得到更加合理的微观形貌特征,在超级电容器电极材料领域亦表现出更广阔的应用前景。

石墨烯/层状双氢氧化物复合材料的制备及电化学性能研究

层状双氢氧化物(LDH)是一种典型的二维纳米材料,具有比表面积大、比容量高、电活性位点丰富等优点,在储能领域显示出巨大的潜力。但是,层状双氢氧化物的导电性较差,循环过程中的体积变化较大,从而使电极材料的循环稳定性和倍率性变差。以硝酸钴、硝酸铝等为起始原料,以磺化石墨烯为模板,通过水热法制备了石墨烯/层状双氢氧化物二元复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等手段对制备产物形貌进行表征,并对复合材料的电化学性能进行了初步探讨。结果表明:LDH电极的电化学性能得到了显著改善。在电流密度为2A/g时,石墨烯/LDHs复合材料的比电容为345.3F/g。在5000次循环后,没有明显的电容损耗。

石墨烯纳米筛负载钴铁双金属层状氢氧化物的制备及其在重金属离子电化学传感中的应用

本文采用自组装-碳热造孔-刻蚀的方法将钴铁双金属层状氢氧化物(Co_(3)FeLDH)与石墨烯纳米筛(HG)复合,进而制备了基于Co_(3)FeLDH/HG复合材料的电化学传感器,用于同时检测水中Pb^(2+)、Cd^(2+)和Zn^(2+)。由于HG的高比表面积、多孔性和良好的导电性,以及Co_(3)FeLDH阵列结构对重金属离子的强亲和性,所制备传感器表现出良好的分析性能。实验结果显示,Pb^(2+)与Cd^(2+)的峰电流与浓度在1~1500μg·L^(-1)、Zn^(2+)峰电流与浓度在5~1800μg·L^(-1)范围线性关系良好,方法对Pb^(2+)、Cd^(2+)和Zn^(2+)的检测限分别达2.41 nmol·L^(-1)、4.45 nmol·L^(-1)和15.38 nmol·L^(-1),大大低于世界卫生组织(WHO)允许的生活水中3μg·L^(-1)(27 nmol·L^(-1))、10μg·L^(-1)(48 nmol·L^(-1))和1 mg·L^(-1)(33 mmol·L^(-1))的阈值。所制备的电化学传感器具有良好的稳定性和重现性,在环境分析检测方面具有良好的应用前景。

还原氧化石墨烯/Al-Ni层状双氢氧化物复合物的制备及其电化学电容行为

以硝酸镍和硝酸铝为原料,尿素作为还原剂和沉淀剂,通过水热法一步合成了不同配比的还原氧化石墨烯/Al-Ni层状双氢氧化物复合物(rGO/LDH)。用X射线衍射(XRD),红外光谱(FT-IR),拉曼光谱(Raman)和场发射扫描电镜(FESEM)对其结构和形貌进行物理表征。采用循环伏安,恒电流充放电等电化学方法系统研究了所制备样品的电化学性能。结果表明,当Al-Ni层状双氢氧化物(LDH)与还原氧化石墨烯(rGO)的配比为96.2∶3.8时,复合物具有最佳的电容性能。在电流密度为1A·g-1时,其比电容高达918.4F·g-1,远高于纯Al-Ni层状双氢氧化物(LDH)的比电容(732F·g-1)。

层状双金属氢氧化物/石墨烯复合材料及其在电化学能量存储与转换中的应用

高效的电化学能量存储与转换功能材料及其器件近年来受到了人们的广泛关注。层状双金属氢氧化物/石墨烯(LDH/G)复合物就是一类重要的能源材料。它们兼具LDH和石墨烯的优异的物理、化学性能,同时克服了LDH导电性差和石墨烯片易于团聚的问题;在超级电容器和电化学催化分解水等方面具有广泛应用。本文综述了LDH与化学修饰石墨烯(氧化石墨烯,还原氧化石墨烯及其衍生物)的有效复合的方法及其在电化学能量存储与转换领域中的应用,特别是关于基于该类材料的超级电容器及电化学析氧反应催化的研究;对LDH/G复合材料研究领域中的挑战和未来发展方向做了展望。

氧化石墨烯/二氧化铈-镍铝-层状双金属氢氧化物复合材料制备L-半胱氨酸传感器

采用尿素水解法一步制备氧化石墨烯/二氧化铈掺杂的镍铝层状双金属氢氧化物复合材料(graphene oxide/CeO_2-Ni Al-layered double hydroxide composite,GO/CeO_2-Ni Al-LDHs)。采用红外光谱、X-晶体衍射、场发射扫描电子显微镜和电化学技术表征了材料的结构和性能。GO/CeO_2-Ni Al-LDHs为层状结构,具有良好的电化学活性。利用GO/CeO_2-Ni Al-LDHs修饰充蜡石墨电极制备了L-半胱氨酸(Cys)传感器,Cys的氧化峰电流和其在3×10^(-7)~1×10^(-6) mol/L的浓度范围内,呈良好的线性关系,该传感器可用于实际样品中Cys的检测。

石墨烯/钴镍双氢氧化物复合材料的制备及其超电容特性

采用氧化石墨(GO)还原法制备石墨烯(GNS),以氨水为沉淀剂,在石墨烯存在的情况下,通过Co2+和Ni2+化学共沉积的方法合成了石墨烯/钴镍双氢氧化物复合电极材料,采用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、比表面积测试(BET)等技术手段表征了产物的组成、结构和形貌,用循环伏安、恒电流充放电等测试方法对复合材料的电化学性能进行了研究。研究发现,石墨烯纳米片均匀分散在钴镍双氢氧化物中,改善了钴镍双氢氧化物的传导性和结构稳定性。电化学测试表明,在1 A/g的电流密度下,复合材料比电容高达2770 F/g,且循环500次后,比电容仍能保持93.4%,呈示该复合材料具有优异的电化学性能。

表面活性剂软模板制备石墨烯/镍-铝层状双氢氧化物复合材料及其超级电容性能

氧化石墨经过微波辐射和高温热裂解处理得到深度还原的石墨烯。超声分散石墨烯于去离子水形成稳定的石墨烯分散液,加入硝酸镍、硝酸铝、尿素和表面活性剂软模板剂Pluronic 123;采用水热法制备石墨烯/镍铝层状双金属氢氧化物复合材料;利用扫描电镜、透射电镜、X-射线衍射和红外光谱对此复合材料进行结构和形貌表征。结果表明表面活性剂的空间限制及调节作用,使之形成超薄的镍铝层状双金属氢氧化物纳米片,且均匀分散在褶皱的石墨烯纳米片上。研究了复合材料作为超级电容器电极的电化学性能。结果表明,复合材料电极的表观多相电子转移常数(k s)为0.727 s-1,明显高于单独的镍铝双金属氢氧化物,因此石墨烯的引入大大改善了材料的电子传导性。在1 A/g的电流密度下,复合材料电极的比电容为1 354.8 F/g。当电流密度增加到10A/g时,循环充-放电1 000次后,比电容仍保持在98.5%以上。在4 kW/kg的功率密度下,其能量密度达到12.96 Wh/kg。所制备的石墨烯/镍铝层状双金属氢氧化物复合材料提供了高的比电容、充-放电循环稳定性和能量密度。

石墨烯-层状双氢氧化物纳米复合材料在环境修复中的应用综述

选用石墨烯(G)及层状双氢氧化物(LDHs)两种新型高效纳米材料,合成结构多样、功能丰富的新型复合纳米材料L-G。结合二者各自优势,减少了各自的自聚积效应,提高分散性,对环境污染修复起协同促进作用。文章总结了目前研究中关于L-G复合材料对环境中温室气体CO_2的捕获,以及染料及重金属的吸附去除进展,以期为复合材料的进一步研究开发提供参考。

锂-氧电池用石墨烯/层状双金属氢氧化物纳米复合材料的制备及性能研究

为有效提升锂氧电池的电化学性能,以钴铝复合金属氢氧化物(Co Al-LDH)作为催化剂,研究其对锂空气电池性能的影响.采用工艺简单、成本低廉的共沉淀法将其与石墨烯复合后,制备出r GO/Co Al-LDH纳米复合材料,并将其应用于锂氧电池.采用X射线衍射、拉曼光谱、同步热分析和扫描电镜对材料结构进行表征,利用恒流充放电测试、交流阻抗测试(EIS)和线性伏安扫描(LSV)对电池电化学性能进行表征.研究结果表明:制备得到的纳米复合材料可明显提升氧还原反应(ORR)的催化活性,首次放电容量达到2 662 m A·h·g^(-1),与单纯石墨烯相比提高了51.5%,同时充电电位降低了430 m V.循环过程中电池库伦效率较高,电池循环性能得到显著改善.

三维石墨烯基Co-Ni双氢氧化物复合材料的制备及其电化学性能

石墨烯具有高的机械强度和大的比表面积。以石墨烯、硝酸镍和硝酸钴为原料,水合肼为还原剂,采用水热法制备了三维石墨烯基Co-Ni双氢氧化物(GCN),用XRD、SEM、循环伏安、恒电流充放电测试方法对石墨烯和不同比例的GCN的结构和电化学性能进行表征研究。结果表明,在电流密度为1 A/g时,比容量可达1 230 F/g,并且循环500周后,比容量仍能保持91.6%,有望成为超级电容器的电极材料。

镍钴铝氢氧化物/石墨烯的制备及其电化学性能

以硝酸镍、硝酸钴,氯化铝和氧化石墨烯为原料,尿素作为沉淀剂,利用水热合成法,合成了镍钴铝氢氧化物/石墨烯复合材料。通过XRD、IR和SEM等表征方法来考察复合材料的结构和相貌,结果发现具有水滑石结构的金属氢氧化物纳米片均匀地分散在石墨烯表面。利用循环伏安法和恒电流充放电法研究了复合材料电化学性能,结果表明镍钴铝层状氢氧化物/石墨烯的电化学性质优于镍(钴)铝层状氢氧化物/石墨烯。

Zn-Al-Zr LDH/氧化石墨烯对水中草甘膦的去除研究

采用氯化锌、六水合氯化铝、八水合氧氯化锆和氧化石墨烯为原料,氢氧化钠和一水合碳酸钠为碱溶液,通过共沉淀法合成Zn-Al-Zr LDH/GO纳米复合材料(LDH/GO)。XRD、SEM、BET和UV-Vis分光光度计,分别用于表征Zn-Al-Zr LDH/GO复合材料的物相组成、微观形貌、孔隙结构和吸附过程。结果表明:GO的掺入可以改善LDH的形貌结构,当温度在303 K,pH=7,投料量为0.5g/L,LDH/GO对草甘膦的吸附容量可达10.707 mg/g;其吸附过程符合准二级动力学和Freundlich等温吸附模型,LDH/GO对草甘膦的去除机理为静电吸引和表面络合;其草甘膦吸附性能优于当前商业磷吸附产品Phoslock。因此,Zn-Al-Zr LDH/GO可作为一种有前景的草甘膦去除剂。

电镀废水原位制备Ni(Zn)Cr混合氧化物/磁性石墨烯复合材料及其电催化性能研究

利用聚乙烯亚胺和聚天冬氨酸共价修饰制备了多羧基、多氨基功能化磁性石墨烯(MGA)。再利用3种含有不同浓度重金属的模拟电镀废水制备了NiCr、ZnCr和NiZnCr复合金属氢氧化物(LDH)/磁性石墨烯复合材料,并经煅烧而获得相应的复合金属氧化物(LDO)/磁性石墨烯复合材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对材料的结构和形貌进行了表征,并通过循环伏安法考察了它们对0.1mol/LNaOH溶液中苯酚或S2.的电催化氧化性能。结果表明:废液中Ni2+、Zn2+和总铬的去除率均在95%以上。制得的Ni(Zn)Cr-LDH具有良好的层状水滑石结构,煅烧后获得的LDO具有优异的电催化能力,其中以NiCr-LDO/MGA表现最佳,对苯酚和S2.的电催化氧化作用最强,氧化电位较低,峰电流较高。

氧化石墨烯-镍铝/层状双金属氢氧化物-碳纤维复合材料的制备及其电吸附去除水中2,6-二氯苯酚

在化学镀镍废水溶液中,通过一种有效回收镍的方法,制备了以硝酸根为层间阴离子的氧化石墨烯-镍铝/层状双金属氢氧化物-碳纤维(GO-NiAl/LDHs-CFs)复合材料。采用傅立叶红外光谱仪、场发射扫描电子显微镜和X-射线衍射仪对制备的GO-NiAl/LDHs-CFs的表面形貌及结构进行了表征。将其用于电吸附处理水中2,6-二氯苯酚,考察了2,6-二氯苯酚初始浓度、电位、温度及时间等因素对电吸附效果的影响。结果显示:在0.1mol/L Na2SO4溶液中,1.0mmol/L初始浓度,0.2V电位,25℃,4h吸附时间,2,6-二氯苯酚的饱和吸附量为392.46mg/g。动力学和热力学研究表明,电吸附过程符合伪二阶动力学模型和Langmuir吸附模型,是自发的放热过程。

3D石墨烯/镍铝层状双金属氢氧化物的制备及超级电容性能

超声分散氧化石墨和聚苯乙烯微球于去离子水形成稳定分散液,加入氨水和水合肼还原氧化石墨得到包覆石墨烯纳米片的聚苯乙烯微球,经6 mol·L-1KOH碱蚀和甲苯洗脱聚苯乙烯制备3D石墨烯.将3D石墨烯超声分散于去离子水,然后分别以硝酸镍、硝酸铝和尿素为镍源、铝源和碱源化合物水热合成3D石墨烯/镍铝层状双金属氢氧化物复合材料.采用红外、拉曼、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和恒电流充-放电测试对材料的结构、形貌及电化学性质进行研究.结果表明,氧化石墨被还原形成有微孔结构的3D石墨烯.镍铝双金属氢氧化物纳米片均匀分散在3D石墨烯孔壁.在1 A·g-1的电流密度下,复合材料电极的比电容为1054.8 F·g-1.当电流密度增加到8 A·g-1时,比电容为628.1 F·g-1.循环充-放电1000次后,比电容仍保持在97%以上,呈示该复合材料具有优异的电化学性能.

微弧氧化后Mg-8Li合金表面MgLiAlY-LDHs@GO膜层的生长及耐蚀性能

目的提高Mg-8Li合金的耐蚀性能。方法首先在Mg-8Li合金表面制备微弧氧化膜(MAO),然后使用原位水热法在微弧氧化膜表面原位生长掺杂氧化石墨烯(GO)的四元(MgLiAlY)层状双羟基金属氧化物(LDHs)智能自修复膜层。采用SEM、XRD、FT-IR、EDS、ICP等手段研究MgLiAlY-LDHs@GO膜层的形貌、结构以及成分。通过EIS、Tafel以及浸泡试验等研究膜层的耐蚀性能,分析膜层的腐蚀行为,阐释其耐蚀机理。结果GO的掺杂可以促使LDHs纳米片生长得更加致密,主体层板中具有缓蚀作用的Y3+可以提高涂层的耐蚀性,四元LDHs的生长所需要的Mg^(2+)、Li^(+)、Al^(3+)等离子来源于镁锂合金基体以及微弧氧化膜的溶解,其中Li+也可以促进LDHs纳米片生长得更为均匀细密。膜层的腐蚀电流密度为6.03×10^(–7)A/cm^(2),比MAO膜层降低了1个数量级,提高了镁锂合金的耐蚀性能。结论GO的负载使LDHs的耐蚀性能和膜层稳定性均有一定程度的提升,引入稀土元素Y会改变LDHs的骨架,造成晶格畸变,使得LDHs微观形貌呈现褶皱状,剩下部分以Y(OH)3形式存在于涂层表面,可进一步提高膜层的耐蚀性能和稳定性。

三维石墨烯/泡沫镍基底上制备Ni掺杂Co(OH)_2复合材料及其超电容性能

以化学气相沉积法制备的三维网状石墨烯/泡沫镍(3DGE/NF)为基底,电化学沉积Ni掺杂Co(OH)2纳米片得到三维镍钴双氢氧化物/石墨烯/泡沫镍(3D NixCo1-x(OH)2/GE/NF)复合电极材料,研究Ni掺杂量对材料的形貌及电化学性能的影响.结果表明:在Co(OH)2中掺杂适量的Ni可以改善材料的表面形貌;高质量、高导电性石墨烯的存在促进电极与电解液的电荷传输,加上镍钴的协同作用,能有效提高材料的比容量和循环倍率性能.当Ni掺杂量为34%时,3D Ni0.34Co0.66(OH)2/GE/NF复合电极材料具有最佳的电化学性能,当电流密度为3 A/g时,其在1mol/L的KOH电解液中比容量达到1 714F/g,当电流密度升高到30A/g时比容量仍保持有73%达到1 254F/g,显示出较好的倍率性,且在10A/g的大电流密度下经过500次循环后,比容量保持率为83%.

锰钴水滑石/石墨烯电极的制备及催化性能

采用水热法制备了以氧化还原石墨烯(rGO)为载体的锰钴水滑石(LDH),即MnCo-LDH/rGO复合材料并研究其氧还原性能.在Mn/Co物质的量比为1:3的条件下,MnCo-LDH和MnCo-LDH/rGO的形貌和催化性能最为突出.与MnCo-LDH相比,MnCo-LDH/rGO在Na2SO4溶液中的氧化还原峰更加明显(-0.425V),且峰电流更大,达到0.749mA/cm^2.将MnCo-LDH/rGO作为阴极,在120min内持续提供30mA/cm^2的电流可使浓度为20mg/L的罗丹明B染料(RhB)降解98.6%,具备良好的降解性能.旋转圆盘(RDE)及自由基淬灭实验结果显示,反应中转移电子数为2,且主要自由基为·OH.

石墨烯负载NiCoMn LDH催化剂的制备及性能研究

采用具有亲水性、导电性及大比表面积的3D结构石墨烯(3DG)作为基体,用水热法制备镍钴锰层状三金属氢氧化物(NiCoMn LDH),探究制备工艺条件对NiCoMn LDH/3DG结构形貌及电催化析氧反应(OER)性能的影响。结果证明,NiCoMn以纳米片结构生长在3DG上,当添加Mn^(2+)含量为0.5mmol时,NiCoMn LDH/3DG具有较好的电催化OER性能,在1.7V下可达到10mA·cm^(-2)的电流密度,且具有更低的塔菲尔斜率。