镍铜层状双金属氢氧化物/碳布电极的制备及其电催化氧化氨氮性能

以碳布(CC)为基底,采用水热法制备了镍铜层状双金属氢氧化物(NiCu-LDH)/CC电极,并将其用于电催化氧化处理模拟强碱性氨氮废水。电化学表征结果显示,与Ni(OH)2和Cu(OH)_(2)电极相比,Ni和Cu的协同效应使Ni_(0.8)Cu_(0.2)-LDH/CC电极对氨氮电催化氧化具有优异的催化活性。实验结果表明:在应用电位为1.62 V、初始废水pH为12的适宜条件下,采用Ni_(0.8)Cu_(0.2)-LDH/CC电极处理氨氮质量浓度450~1300 mg/L的废水12 h,氨氮去除率稳定在75%~95%;产物中N2选择性最高可达53.47%,对应的NO_(2)^(-)-N选择性为44.91%,NO_(3)^(-)-N选择性为1.62%,处理后废水pH从9~13降至8~10,这些条件均有利于后续生物短程反硝化进一步脱氮;Ni_(0.8)Cu_(0.2)-LDH/CC电极表现出良好的催化稳定性和极低的镍铜离子浸出量。

应用于超级电容器微波快速合成镍钴层状双金属氢氧化物

能源转化和储存越来越受到重视。超级电容器作为一种理想的储能器件成为当前研究的热点。微波法材料合成具有高效、环保等优点,具有极大的应用潜质。本文通过微波回流法在30min内合成了镍钴层状双金属氢氧化物,考察了前驱体溶液中不同的镍、钴阳离子摩尔比例对材料结构以及电化学性能的影响。采用X射线衍射,扫描电子显微镜等对材料的结构和性质进行了表征。将制备的双金属氢氧化物作为超级电容器材料,发现当镍、钴比例为1:2时,材料具有最优的电化学性能。

一步水热法合成多孔氧缺陷镍铝双金属氢氧化物及其高电容存储

层状双金属氢氧化物(LDH)由于具有层状结构、丰富的氧化还原活性中心和金属离子间的协同作用被认为是超级电容器的理想电极之一。然而,低的比电容和较差的循环稳定性极大地限制了它们的规模化应用。本文采用简单的一步水热法在泡沫镍上制备层状镍铝双金属氢氧化物(NiAl-LDH),并通过不同的反应物浓度控制其电荷存储能力。研究发现反应物浓度对NiAl-LDH的形貌、结晶度和负载密度有明显调节作用。优化后的NiAl-LDH(Ni1Al1-LDH)具有丰富氧缺陷的多孔纳米片结构,该结构紧密包覆在高导电性泡沫镍表面,促进了离子和电子的转移,有效提高了Ni离子的氧化还原活性,从而提高了能量储存能力。作为超级电容器电极,Ni1Al1-LDH在电流密度为1 A/g时的比电容为1958.1 F/g。在100 mV/s的扫速下,经过1000次持续充放电循环,电容保持率高达108.7%。

多壁碳纳米管/钴镍层状双金属氢氧化物纳米复合材料的制备及电化学性能研究

以硫酸钴(CoSO_(4)·7H_(2)O)为钴源、硫酸镍(NiSO_(4)·7H_(2)O)为镍源,通过水热法将多壁碳纳米管(MWCNTs)嵌入到钴镍层状双金属氢氧化物(CoNi-LDHs)中合成CoNi-LDHs/MWCNTs复合材料。通过FT-IR、FE-SEM、XRD等分析方法对复合材料的微观组织结构和表面形貌进行表征,并通过循环伏安、恒流充放电以及交流阻抗谱等测试方法对该材料的电化学性能进行研究。结果表明,当反应体系中引入MWCNTs后,CoNi-LDHs颗粒均匀地嵌入碳纳米管网络中,与碳纳米管紧密结合交错在一起,增大了材料的表面积,为氧化还原反应提供了丰富的活性位点;在电流密度为0.5 A/g下,复合材料比电容高达1965.55 F/g,表明该复合材料具有优异的电化学性能。

多级镍钴层状双金属氢氧化物微球的简易合成及其电化学性能

通过简易的一步水热法制备了三维多级结构的多晶镍钴层状双金属氢氧化物(NiCo-LDHs)微球。研究了水热温度和水热时间对样品形貌的影响。研究发现:当水热温度为120℃时,可以得到由致密均匀的纳米线互相连接组装成的独特海胆状多级结构的NiCo-LDHs微球。在1 A·g^(-1)下,它的比电容高达1 381 F·g^(-1)。在10 A·g^(-1)下,可以保持59.2%的比电容。

花瓣状镍钴层状双金属氢氧化物微球的制备及其超级电容性能

在乙醇-水(V(乙醇)∶V(水)=9∶1)的反应介质中,以SiO2@AlOOH为硬模板,加入镍钴盐前驱体和碱源,水热法制备了花瓣状镍钴层状双金属氢氧化物微球(NiCo-LDHM)。采用扫描电子显电镜、透射电镜和电化学工作站等对此复合材料进行了表征。研究发现,该微球平均粒径约2.5μm,呈多孔结构,由厚度10 nm左右纳米片自组装形成。在1 A/g的电流密度下,该产物电极的比电容量达到1 108.8 F/g,明显优于普通镍钴层状双金属氢氧化物电极(710.5 F/g)的比电容量。当电流密度增加到7 A/g,比电容量为700.8 F/g,恒电流充-放电1 500次后比电容量仍高于94.5%,由此说明了复合材料具有优异的超级电容性能。

新型钴铝层状双金属氢氧化物/碳球复合物的构建及其超级电容器性能（英文）

介绍了一种构建钴铝层状双金属氢氧化物/碳球(CoAl-LDH/CSs)复合物的新设计路线。通过生长法使CoAl-LDH生长在CSs上,生长在CSs上的CoAl-LDH薄层由厚度为20 nm的纳米片组成。恒流充放电测试表明,CoAl-LDH/CSs复合物在6 mol/L KOH溶液中以1 A/g的电流密度充放电的比容量为1198 F/g(基于CoAl-LDH/CSs复合物的质量),甚至在高达10 A/g的大电流密度下仍然呈现出920 F/g的较高比容量。而且该复合物以2 A/g的电流密度充放电循环1000次后仍保留928 F/g的比容量,比容量的保留率为84%,这表明与纯的CoAl-LDH相比,CoAl-LDH/CSs复合物具有较高的比容量、优良的倍率性能和良好的循环稳定性。

共沉淀法制备钴锰层状双金属氢氧化物及其电化学性能

通过共沉淀法制备钴锰层状双金属氢氧化物(CoMn-LDH)。在制备过程中,考察了钴锰摩尔比、碱浓度、晶化时间对材料形貌与电化学性能的影响。结果表明,当钴锰摩尔比为2∶1、碱浓度为2 mol/L、晶化时间为21 h时,在1 A/g的电流密度下,CoMn-LDH的比容量为952 F/g;经过1 000次充放电,比容量保持在92. 7%;电流密度从0. 5 A/g增加至10 A/g,比容量保持在79. 8%。

石墨烯/钴镍双金属氢氧化物复合材料的制备及电化学性能研究

采用微波辐射与高温裂解相结合的二步还原法制备石墨烯。二步还原使氧化石墨被充分还原和剥离,所得到的石墨烯有较好的传导性,其比表面达675.4 m2.g-1。以此石墨烯为原料,水热法合成出石墨烯/钴镍双金属氢氧化物复合材料,并考察了复合材料作为超级电容电极材料的电化学性能。研究发现,褶皱的石墨烯纳米片均匀分散在钴镍双金属氢氧化物中,这改善了钴镍双金属氢氧化物的传导性和结构稳定性。在0.25 A.g-1电流密度下,复合材料的比电容量是800.2 F.g-1。当电流密度增加至10 A.g-1,比电容量为386.5 F.g-1,恒电流充-放电500次后比电容量仍能保持99%以上,这些呈示该复合材料具有优良的电化学性能。

钴镍笼状双金属氢氧化物/多壁碳纳米管复合材料对环境水样中农药的高效富集

建立高效、灵敏的农药分离、富集和检测方法具有重要意义。该实验采用一步法合成了钴基沸石咪唑骨架/多壁碳纳米管(ZIF-67/MWCNTs)复合物,并以该复合物为模板通过溶剂热法合成了钴镍笼状双金属氢氧化物/多壁碳纳米管(CoNi-LDH/MWCNTs)复合材料,将CoNi-LDH/MWCNTs用作固相微萃取(SPME)的纤维涂层富集环境水样中的6种农药,结合高效液相色谱(HPLC)测定了环境水样中的6种农药。通过扫描电镜、能谱分析、红外光谱、粉末X射线衍射和N吸附/脱附对所制备的各种材料进行了表征。利用正交设计试验优化SPME的萃取条件,包括萃取温度、萃取时间、搅拌速率、解吸时间和盐浓度。在最优化的条件下,该方法具有较宽的线性范围(百菌清为0.015~200μg/L,戊唑醇为0.140~200μg/L,毒死蜱为0.250~200μg/L,仲丁灵为0.077~200μg/L,溴氰菊酯为1.445~200μg/L,哒螨灵为0.964~200μg/L)、较低的检出限(0.004~0.434μg/L)和良好的重复性。单个纤维和不同批次纤维间的相对标准偏差(RSD)分别为0.5%~5.7%和0.5%~4.8%。在10.0μg/L和50.0μg/L 2个水平下的加标回收率为83.9%~108.2%,RSD<5.3%。此外,与其他涂层纤维相比,CoNi-LDH/MWCNTs涂层对农药具有更高效的富集能力,这归因于它的高比表面积以及CoNi-LDH/MWCNTs涂层与目标分析物之间存在的π-π堆积作用、疏水作用、阳离子-π相互作用和氢键作用。该方法可以实现环境水样中农药残留的高选择性、高灵敏度及高准确性的分析测定。

中空笼状多孔结构镍钴层状氢氧化物的制备及其电化学性能

超级电容器以功率密度高、寿命长、环境友好等优点在各种能量存储设备中受到广泛关注.所以,提高电极材料的储能性能对超级电容器的开发与应用具有重要的意义.具有特定纳米结构的功能材料作为超级电容器电极材料时具有优异的电化学性能,原因在于其能提供丰富的电化学活性位点、高的比表面积和增加电解质与材料的接触面积.因此,本文以ZIF-67纳米晶为模板,利用硝酸盐刻蚀的方法制备中空笼状镍钴层状氢氧化物(NiCo-LDH),并研究其作为超级电容器电极材料的储能性能.借助X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、低温氮气吸附/脱附和电化学测试等手段分析所得NiCo-LDH的结构、形貌和电化学性能.结果表明:NiCo-LDH由纳米片组装形成中空笼状结构,拥有丰富的介孔和大孔孔道以及较高的比表面积,从而有助于增加电活性位点,促使电解液与电极材料的充分接触,进而显著提高材料的储能性能.当刻蚀用镍、钴盐质量比为1∶1时,样品Ni_(1)Co_(1)-LDH的比电容可达801 F·g^(-1)(电流密度为0.5 A·g^(-1)),且在大电流密度下(10 A·g^(-1))仍能保持582 F·g^(-1)的比电容;在电流密度15 A·g^(-1)的条件下经过2000次循环后,其比电容值保持为初始值的100.2%,表现出优异的储能性能和潜在的应用价值.

利用均相沉淀剂和形貌导向剂水热一步合成层状镍钴氢氧化物（英文）

本文利用在反应过程中同时添加均相沉淀剂六次甲基四胺和形貌导向剂十六烷基三甲基溴化铵,结合水热反应的方法一步合成了镍钴氢氧化物.随着六次甲基四胺的水解,层状镍钴氢氧化物可以被合成而且避免了额外碱源的使用.同时,由于反应过程中十六烷基三甲基溴化铵参与的孔径调节,合成出来的镍钴氢氧化物具有可控的介孔尺寸13.4 nm以及较大的比表面积93.6 m2·g-1.X射线衍射图谱表明合成出来的镍钴氢氧化物构型是α-Ni(OH)2-β-Co(OH)2.扫描电镜表明合成出来的镍钴氢氧化物具有层状的结构.正是因为层状介孔结构的存在,合成出来的镍钴氢氧化物在1 A·g-1电流密度下,比电容可以高达1902 F·g-1.即使电流密度提高到8 A·g-1,镍钴氢氧化物的比电容仍然可以保持在1250 F·g-1.

镍钴层状双氢氧化物超级电容器材料的制备及性能

过渡金属特别是镍和钴元素以其优异的电化学性能和丰富的自然资源在储能电极材料的研究和开发中得到了广泛的应用,其中,镍钴层状双氢氧化物(NiCo-LDH)电极材料因形貌易调控和高比电容等优点而备受关注。对NiCo-LDH超级电容器材料的制备方法和材料改性(离子掺杂和材料复合)进行综述,讨论了制备方法对材料微观结构及其电化学性能的影响。

基于CoNi-双金属氢氧化物//AC非对称超级电容器的构筑（英文）

以高电容特性的CoNi-LDH作正极,活性炭作负极,6 mol/L KOH溶液为电解液构筑CoNi-LDH/AC非对称超级电容器。由于这两种材料在同一种电解液中发生可逆循环时对应的电化学电势范围不同,因此通过组合这两种电极材料可以有效地解决对称电容器工作电压低的问题。用循环伏安、恒电流充放电等测试方法对其电化学性能进行研究。结果表明,所组装非对称电容器在碱性水系电解液中,其工作电压可以达到1.5 V。通过比较它与基于两种电极材料对称电容器的能量密度-功率密度曲线可以看出,非对称电容器的性能有了很大提高,在功率密度为102.3 W·kg^(-1)时,其能量密度可以达到46.3 Wh·kg^(-1)。

PEG修饰的镍钴层状双氢氧化物微球抗菌及溶血性能研究

双氧水作为常用的活性氧试剂广泛应用于清洗创面、去除痂皮、清洗带恶臭的创伤。但是由于其具有强烈刺激性,常采用表面涂抹的方式应用,不可注入体内。并且其常用的浓度高于生理水平,会对健康组织有一定毒性,甚至会延迟伤口愈合。为了解决这个问题,设计了一种利用聚乙二醇修饰的生物相容性好的镍钴层状双氢氧化物微球PEG-Ni/Co-LDHs,使得其具有较高的抑菌效果,同时能减少双氧水的用量。采用一步沉淀法合成了PEG-Ni/Co-LDHs,使用SEM、TEM、XRD等方法对PEG-Ni/CoLDHs的结构进行表征,结果显示该材料的分散性能好,粒径约为470nm,微球呈花状结构,由薄层似花瓣结构层层组装而成。PEG-Ni/Co-LDHs具有过氧化物酶的活性,这使得在双氧水的作用下能有效产生羟基自由基,高效抑制革兰氏阴性菌(大肠杆菌)和革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌)增殖,高浓度时与双氧水联合作用,细菌成活率分别为32%和19%。采集大鼠血细胞对纳米材料PEG-Ni/Co-LDHs进行溶血性能研究,发现在高浓度时,其溶血率低于12%,未出现明显的溶血作用,具有很好的生物相容性。研究结果表明,PEG-Ni/Co-LDHs具有高抗菌活性和低溶血毒性的特点,为其今后作为抗菌剂在生物体内应用奠定了研究基础。

泡沫镍表面原位生长纳米花锌钴氢氧化物电极材料及电化学性能研究

层状双金属氢氧化物(LDH)由于其丰富的活性位点和双金属的协同效应等优点已得到广泛关注。然而,制备具有高倍率性能、低电阻的新颖LDH电极材料仍是一个挑战。通过共沉淀法,在泡沫镍(NF)集流体上原位生长三维纳米花层状锌钴氢氧化物(ZnCo LDHs)电极材料。ZnCo LDHs@NF有较大的可及表面积以及较低的固有电阻(0.56Ω)。同时该电极材料有较高的比容量(1 A/g的电流密度下为1583 F/g),并且在20 A/g的电流密度下仍能保持81%的比容量(1280 F/g)。这些优异的电化学性能表明制备的ZnCo LDHs@NF电极材料在储能设备中具有较大的应用前景。

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。

NiCo层状双氢氧化物负载痕量Pt的催化析氢研究

降低铂的用量,提升铂基催化剂在碱性环境中的析氢反应性能,是电解水工业化应用的一个关键问题.本工作是在三电极体系中,以Pt丝对电极为Pt源,采用简单易于控制的循环伏安(Cyclic voltammetry,CV)电化学沉积方法,在水热制备的镍钴层状双氢氧化物(NiCo-LDHs)上实现了高分散Pt的痕量负载.利用NiCo-LDHs促进水的解离,Pt位点推动H的结合和脱附,有效解决Pt在碱性环境中析氢反应过程动力学滞缓的问题.在1 mol·L^(−1) KOH溶液中,在Pt负载量为30.4 g·cm^(−2)时,Pt-NiCo-LDHs电极驱动10 mA·cm^(−2)电流密度的过电位仅需要56 mV,塔菲尔斜率仅为43 mV·decade^(−1),摆脱了Volmer步骤的限制,展现了优异的析氢催化活性.在100 mV的过电位下,Pt-NiCo-LDHs的质量活性比商品化Pt/C电极高5.6倍.另外,Pt-NiCo-LDHs在100 h的恒电流测试中表现出了良好的稳定性.

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.