基于纸纤维/晶须状碳纳米管/活性炭三元无金属集流体复合纸电极的柔性超级电容器

以纸纤维(PF)为基体,晶须状碳纳米管(WCNT)和活性炭(AC)为功能添加物,采用真空抽滤法制成PF/WCNT/AC三元无金属集流体复合电极。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)光谱仪、拉曼(Raman)光谱仪对其进行表征和分析,采用两电极测试体系对组装的超级电容器性能进行测试。结果表明,与涂布法所得的铝箔集流体(Al/WCNT/AC)电极相比,由PF/WCNT/AC三元复合电极组装的超级电容器比电容大幅提高,并展现出良好的充放电性能。在1mV/s的扫描速率下比电容达325F/g,几乎是Al/WCNT/AC超级电容器(108.7F/g)的3倍。PF/WCNT/AC超级电容器在0.4A/g电流密度下的比电容为95F/g,在3.2A/g电流密度下的比能量与比功率分别为36.76 Wh/kg、5.52kW/kg。

硫酸溶液中V(IV)/V(V)电对在碳纸电极上的阻抗特性

用交流阻抗结合循环伏安方法研究了硫酸溶液中V(IV)/V(V)电对在碳纸电极上的阻抗特性。结果表明,碳纸电极在开路电位[0.2V(vs.SCE)]下仅表现为–COH/–C=O电对的氧化还原行为。在极化电位0.7-1.2V下测得的交流阻抗是由于V(IV)/V(V)电对的氧化还原行为引起的。极化电位对V(IV)/V(V)电对的交流阻抗参数影响很大,电荷转移电阻及双电层电容在0.9V的极化电位下出现最小值,而扩散电容在此电位下则有极大值,这种影响规律与通过控制V(IV)和V(V)离子在电解液中的比例能构筑不同开路电位的钒电解液中所得的规律相同。

一次性石墨纸电极用于电化学快速测定硝酸根

为了简单快速测定硝酸根,通过丝网印刷技术制作出了低成本、免打磨和重现性良好的石墨纸电极,在自制便携式电化学分析仪上,采用差分脉冲伏安法同位镀铜催化还原硝酸根。与铜修饰的玻碳电极相比,铜修饰的一次性石墨纸电极大大提高了硝酸根的分析灵敏度。在硝酸根离子浓度为0.03~1 mmol/L范围内,硝酸根离子的浓度与还原峰电流呈良好的线性关系,检出限为1.1μmol/L。此外,研究了水样中一些常见阴离子对硝酸根测定的干扰作用,电极表现出较好的抗干扰性。此电极能有效地应用于实际水样中硝酸根的检测。

聚吡咯/MnO_(2)纸电极的制备及光热效应增强电容性能

通过湿化学法与低温界面聚合法在慢速滤纸上依次沉积二氧化锰(MnO_(2))与聚吡咯(PPy),制备出PPy/MnO_(2)纸基复合材料。利用红外光谱、扫描电镜、循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗等手段对该复合材料的结构和性能进行了表征。研究表明:PPy的沉积较好地保留了滤纸的多孔结构,并能覆盖MnO_(2)颗粒,形成较大活性面积;其中MnO_(2)/PPy-400单电极的比电容可达1487.1 mF/cm^(2);在光强为1 kW/m2的模拟太阳光下,组装的对称型超级电容器的比电容是在无光照条件下的5倍,表现出优异的光热效应增强性能。

超级电容器用碳纤维纸基电极制备

为解决商用碳纤维纸成本高、脆性大的问题,提出了一种柔性超级电容器用碳纤维纸的批量制备方法。利用分散剂CMC-Na对短切碳纤维进行超声分散,使其在水体系中均匀分散。添加PE/PET复合纤维不仅提高了CFP的抗张强度,而且巩固了在碳纤维结构基础上形成的电极网络结构。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和拉曼光谱对碳纤维纸基电极(CFP-X)的形貌和结构进行表征,测试了CFP-X电极的力学性能、导电性能和电化学性能。结果表明:CFP-3电极具有优异的抗张强度和柔韧性,电化学性能优异,同时成本低。这项研究为低成本、大规模生产纸质柔性超级电容器提供了有价值的见解。

纸基电极制备方法的研究进展

在过去的十年中,基于纸张的传感器受到了越来越多的关注,已被广泛应用于食品及药物分析、环境监控、临床病理诊断等多个领域。纸张因其用途广泛、低成本、重量轻、环境友好性、可回收性和可弯曲性等优点,是一种很有前途的电极材料。目前开发基于纸张的高性能、低检测限,快速响应的电极制备方面已进行了广泛的研究。因此,本文结合本实验室相关研究内容重点介绍近年来一些常见的纸基电极的制备方法并简述其优缺点。

PPy@FeOOH/CFs纸基柔性电极的原位制备与性能研究

本研究以纤维素纤维(CFs)为基底,通过两步原位沉积法,先后在CFs基底上沉积了羟基氧化铁(FeOOH)和聚吡咯(PPy)制得PPy@FeOOH/CFs纸基柔性电极材料(PFC),通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)及X射线光电子能谱仪(XPS)等对纸基柔性电极材料进行了表征,表明PFC成功制备。在0.6 mol/L的H_(2)SO4中,通过循环伏安法(CV)、恒流充放电(GCD)和电化学阻抗谱(EIS)对制备的PFC电化学性能进行测试。发现相较于PPy@CFs,PFC拥有更快的电子转移和离子扩散速度以及更高的电化学储能性能。其中以添加量3 mmol的FeSO4·7H_(2)O作为铁源生成的PFC-3在1.0 A/g电流密度下的质量比电容为357.8 F/g,高于同等条件下PPy@CFs的比电容219.3 F/g,具有更优异的电化学性能,此外PFC-3在电流密度为4.0 A/g时质量比电容为0.5 A/g时的47.47%,而电流密度为4.0 A/g时,PPy@CFs质量比电容仅为0.5 A/g时的29.57%,PFC-3表现出更好的倍率性能和应用潜力。

磁溅射纸基电极-方波脉冲检测铜离子

近年来,水污染事件频繁发生,重金属离子如铜离子等因水污染可经食物链威胁人类健康,因此开展重金属离子监测具有十分重要的意义.阳极溶出伏安法准确度高,操作简单,检测设备便于微型化,适于重金属离子的现场快速检测.本文以硝酸纤维素膜为基底,采用磁控溅射技术制备的纸基金传感电极,具有比表面积大,电极表面微结构丰富等优势,无需进行敏感膜修饰,在电化学分析过程中能够实现高灵敏检测.采用方波脉冲伏安法测试了芯片对Cu2+的响应特性,在5—1000μg·L^(-1)范围内线性相关性良好,检测下限为2μg·L^(-1).

一种基于磁性石墨烯的纸基电化学发光夹心免疫分析方法

基于电化学发光及磁悬浮免疫分析策略,结合磁性石墨烯独特的物理化学特性以及纸基电极价格低廉、样品用量少的优势,建立了一种新型免疫分析方法。以人免疫球蛋白G(IgG)为分析物,采用1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺/N-羟基硫代琥珀酰亚胺(EDC/NHS)法将一抗(Ab_1,捕获抗体)固定在磁性石墨烯上,通过直接标记法进行二抗(Ab_2,信号抗体)的电化学发光试剂标记,采用磁悬浮夹心免疫技术最大程度减少非特异性吸附,通过纸基电化学发光检测技术测定目标物的浓度。考察了捕获抗体及信号抗体的固定(标记)效果,发现采用的磁性石墨烯不仅提高了免疫物质的负载量,还可以促进电子传递,构建的磁悬浮纸基电化学发光夹心免疫分析法的电化学发光响应峰面积在0.32~1000 ng/mL浓度范围内,与IgG浓度对数值呈良好的线性关系,检出限为6.4 pg/mL。本方法可实现IgG的定量检测,在低成本、快速免疫检测领域有一定的应用前景。

纸基导电聚合物薄膜的制备及导电性提高机理的探究

以水分散相的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)为主体,二甲基亚砜(DMSO)和异丙醇(IPA)的二元溶液为掺杂溶剂,研究不同配比的混合溶液(PEDOT∶PSS+DMSO+IPA)在涂布纸基上的棒涂成膜性,探究掺杂比例(DMSO∶IPA)对成膜效果及其导电性的影响。利用不同质量分数的酸(对甲苯磺酸、盐酸、丙二酸和冰乙酸)和不同醇(甲醇、乙二醇、丙三醇和异丙醇)分别对PEDOT∶PSS导电薄膜进行后处理,探究后处理对PEDOT∶PSS导电薄膜导电性的影响,并从PEDOT∶PSS主链结构、PSS基团的去除量和PEDOT∶PSS结晶度3方面,分别探讨有机溶剂掺杂、酸/醇后处理提高导电薄膜导电性的机理。最终确定有机溶剂的掺杂比例并获得理想的纸基导电薄膜,明确其导电性的提高机理,为未来纸基材料在柔性电极中的使用提供理论依据和实例支持。

Au/rGO修饰的单壁碳纳米管柔性电极的制备及其在生物传感器中的应用

柔性可穿戴生物传感器对于慢性病人的健康监测具有重要意义。由单壁碳纳米管制成的巴基纸具备柔性好、导电性高及生物相容性强等特点,是制备柔性生物传感器电极的理想材料。由于单壁碳纳米管本身不具备催化活性,有必要使用活性材料对巴基纸进行修饰。本研究首次将单壁碳纳米管巴基纸与一步法还原的金纳米颗粒/还原氧化石墨烯溶液通过简单的真空抽滤形成双层结构的柔性电极。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、紫外分光光度计、拉曼光谱仪对制备的柔性电极进行了形貌与结构的表征,结果表明金和氧化石墨烯被还原,其中金纳米颗粒的粒径大小为80~100nm左右,且密集地修饰在还原氧化石墨烯上。探究了该柔性电极对葡萄糖和H_(2)O_(2)的电化学行为,结果表明该电极对葡萄糖和H_(2)O_(2)表现出优异的电催化活性,在检测浓度范围内呈现良好的线性关系,其中H_(2)O_(2)检测灵敏度高达1533μA·(mmol/L)^(-1)cm^(-2),说明单壁碳纳米管巴基纸在柔性生物传感器领域具备较高的潜在价值。

纸质低成本电化学CO气体传感器

针对目前电化学气体传感器体积大,工序多,工艺复杂的问题。本文在玻璃纤维纸上采用丝网印刷技术制备铂黑电极,一个传感器的三个电极处在同一纸平面上,有效地降低了装配难度,提高了工作效率,装配后得到了体积小、成本低的三电极电化学CO气体传感器,并利用扫描电子显微镜(SEM)对电极材料表面的物质形貌和大小进行了观察。结果表明铂黑催化剂和聚四氟乙烯混合均匀,铂黑粒径在13纳米,传感器灵敏度达到了18.6 nA/ppm CO,响应时间和恢复时间分别小于5秒和20秒,可见我们的传感器有非常好的气敏性能,能够满足应用需要。

全固态电位传感器的研究进展

全固态电位传感器因为不含内充液,极易微型化、阵列化和制备成一次性的纸基电极和塑料柔性电极,得到快速的发展。全固态电位传感技术已在环境监测、床边护理和可穿戴设备等领域取得初步应用。介绍了近几年作为全固态电位传感器固体接触层的纳米材料和导电聚合物,基于适配体等生物分子的全固态电位传感器的制备与应用以及纸基和可穿戴等全固态电位传感器的最新研究进展,并展望其未来的发展趋势。