用于电化学超级电容器的性能优异的六角形Ag@CoS/rGO纳米复合电极材料的设计

合成混合金属/金属硫化物(Ag@CoS)与还原氧化石墨烯(rGO)的纳米复合材料(Ag@CoS/rGO),有可能用作超级电容器的电极。采用水热法成功地将Ag@CoS沉积在还原氧化石墨烯纳米片上,这意味着在还原氧化石墨烯骨架上生长出二维银和硫化钴基的六角形结构。对所合成的复合材料的结构、形貌和电化学行为进行研究。XRD结果表明,制备的纳米复合材料由于CoS和Ag的加入而呈六角结构。FTIR光谱中出现在470.33 cm^−1附近的谱带为Ag@CoS/rGO纳米复合材料中S—S键的吸收谱。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析材料清晰的六角结构,其晶粒尺寸从纳米级到微米级。该电极材料表现出良好的循环稳定性,当电流密度为0.5 A/g时,其比电容为1580 F/g。即使经过1000次循环,容量保持率也没有任何损失。由电化学行为研究结果可知,所制备的新型纳米复合材料非常适合用作电化学超级电容器的电极。

rGO/Ag复合修饰电极的微生物燃料电池对五氟磺草胺的降解效果

为研究微生物电池在浓药降解方面的应用,以纳米银(rGO/Ag)复合修饰/石墨毡(graphite felt,GF)电极作为阳极,研究双室微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)的产电性能及其对五氟磺草胺降解的影响。结果表明:以Desulfovibriode sulfuricans为产电菌,初始五氟磺草胺质量浓度为10mg/L时,经rGO/Ag复合修饰MFC的GF阳极后,MFC的产电性能及对五氟磺草胺的降解作用皆有所提高,其中,分别以GF电极和rGO/Ag/GF复合电极为阳极时,MFC的双电层电容量分别为1.46×10^(-3)和3.85×10^(-3)mF,电子转移阻抗分别为114和61Ω,五氟磺草胺降解率分别为53.6%和67.3%。改变初始五氟磺草胺浓度和酸碱度可以影响MFC产电性能和五氟磺草胺降解作用,初始五氟磺草胺浓度为5 mg/L时,MFC的最大功率密度和五氟磺草胺的降解率分别为136.8 mW/m^(2)和70.5%,但随着初始五氟磺草胺浓度增加,其产电性能和降解作用会受到一定程度的抑制。初始酸碱度为弱碱性和中性条件时,MFC的产电性能及降解作用较高,其功率密度和降解率分别145.5 mW/m^(2)和71.4%,研究表明,MFC可以利用五氟磺草胺作为燃料,在降解的过程中同时产生电能。研究结果可为实现五氟磺草胺高效降解的同时提高MFC产电性能提供理论依据。

rGO/TSG复合柔性膜电极的制备及其性能研究

先采用热处理和超声破碎的方式制备了氧化石墨烯和热冲击石墨烯原材料,随后采用自沉积法在自制的模具中制备了rGO、rGO/TSG复合自支撑膜电极。用扫描电子显微镜(SEM)分析了它的微观形貌,x射线衍射(XRD)对它的晶面间距进行分析,拉曼和x射线光电子能谱(XPS)对它的晶格缺陷和官能团进行分析。结果表明:rGO与TSG成功复合在一起,且得到的膜电极拉伸强度达到了92 MPa, rGO∶TSG=20∶1的复合材料在电流密度为1 A/g时质量比电容达到了152 F/g。

RGO/PANI复合纤维柔性电极的制备及性能

以石墨粉为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,用一步水热法制备还原氧化石墨烯(RGO)纤维,再采用电化学沉积法在纤维上沉积聚苯胺(PANI),制备RGO/PANI复合纤维电极,用于纤维状超级电容器。所得复合纤维电极在0~1 V充放电,电流为1 A/g时的比电容达到209.6 F/g,以10 A/g的电流循环10000次,电容保持率仍有95.6%。

三维SnO2/C/rGO复合纤维膜电极制备及储锂性能

三维(3D)纳米纤维复合膜电极结构设计,避免了电极片制备过程中导电剂、黏结剂的添加,增强了电解液的浸润能力,对改善锂离子电池容量及倍率性能具有重要的价值和意义.采用同步静电纺丝和静电喷雾技术,结合氩气煅烧技术,制备了3D网络结构SnO2/C/rGO复合纤维薄膜电极.这种由一维(1D)SnO2/C纳米线组合二维(2D)石墨片构成3D纳米复合纤维薄膜电极,一方面通过碳纤维连续包覆SnO2颗粒,有利于缓解SnO2充放电过程中剧烈的体积变化,增强其稳定性;另一方面通过碳纤维与二维石墨烯复合构成3D网络结构,有利于改善纤维膜电极的导电性,进而提高其倍率性能.研究表明,制备的SnO2/C/rGO复合纤维膜电极展示了其优良的放电容量、倍率性能及循环稳定性.于电流密度为0.4、0.8、1.6、2.4和4A·g^-1时,10次循环后放电容量分别达到797、659、626、534和468mAh·g^-1,且当电流密度回落至0.4A·g^-1时放电容量可恢复到709mAh·g^-1;4A·g^-1充放电540次电极容量仍可达457mAh·g^-1,库伦效率接近100%.

Zn_2SnO_4/RGO锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能的研究

高能量密度、快速充放电能力以及长循环使用寿命的新型电极材料的开发是锂离子电池应用领域面临的一个重大的课题。本文以SnCl_4·5H_2O、ZnCl_2与氧化石墨烯(RGO)为原料,以N_2H_4·H_2O为矿化剂与还原剂,聚乙烯醇(PEG)作为分散剂,通过一步水热法合成了Zn_2SnO_4/RGO复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)对Zn_2SnO_4/RGO复合材料的结构与形貌进行了表征,结果表明:Zn_2SnO_4纳米颗粒均匀的负载在还原氧化石墨烯(RGO)片层上,形成良好的导电网络;Zn_2SnO_4/RGO在100mA/g电流密度下循环80周后的可逆比容量仍有810(mA·h)/g,而Zn2SO4空白样品在相同的电流密度下可逆比电容量小得多;石墨烯的引入阻止了Zn_2SnO_4纳米颗粒的团聚,同时也提高了Zn_2SnO_4/RGO复合材料的导电性,使其在锂离子电池的应用方面具有广阔前景。

金属有机骨架衍生NiCo_(2)O_(4)/rGO复合材料的制备及其超级电容性能

采用溶剂热法,按照镍和钴金属盐与氧化石墨稀(GO)质量比分别为1:0.05,1:0.07,1:0.09的配比制备镍钴金属有机骨架(Ni-Co-MOF)/GO前驱体,并将其超声喷涂在加热的泡沫镍基底上制备NiCo_(2)O_(4)/rGO(还原氧化石墨烯)复合电极材料,研究了该复合材料的微观结构和电化学性能。结果表明:NiCo_(2)O_(4)/rGO复合材料由褶皱石墨烯及其表面均匀分布的NiCo_(2)O_(4)纳米颗粒构成;在2 A·g^(-1)电流密度下,盐与GO质量比为1:0.07时复合材料的比电容高达991 F·g^(-1),在20 A·g^(-1)电流密度下充放电30000次后,初始电容保持率仍高达126%。组装而成的NiCo_(2)O_(4)/rGO//AC非对称超级电容器的能量密度可达到41 W·h·kg^(-1),对应的功率密度为1604 W·kg^(-1),在20 A·g^(-1)的电流密度下经过25000次充电/放电循环后仍可实现100%以上的电容保持率,表现出超长的循环寿命。

NiFe_(2)O_(4)/rGO电极材料的制备及电催化HMF氧化性能研究

利用五羟甲基糠醛(HMF)电合成的2,5-呋喃二甲酸(FDCA)具有与对苯二甲酸相似的结构和性质,为开发可降解性塑料、减少白色污染提供可能。利用CO_(2)激光成功合成了NiFe_(2)O_(4)/rGO电极材料,其微观形貌呈纳米颗粒镶嵌的氧化石墨烯结构。原位拉曼光谱表明,与Fe_(5)O_(12)/rGO电极材料相比,在HMF电催化氧化过程中NiFe_(2)O_(4)/rGO表面重构为NiOOH和FeOOH物种,证实了Ni的加入使材料更易发生表面重构。表面重构的NiFe_(2)O_(4)/rGO电极材料在100 mA·cm^(-2)时过电位降低至26 mV,且较制氧反应(OER)过电位降低约182 mV。表面重构后的电极材料拥有更大的比表面积,促进了反应物与电极材料的接触。反应物的转化率、目标产物的选择性及法拉第效率分别为99.8%、99.3%和87.6%。本研究为元素加入促进催化材料表面重构进而提高HMF的电催化氧化活性提供了有效途径。

BiVO_(4)/rGO涂膜电极光电催化测定水样中的COD

准确、及时且环境友好地检测水体的化学需氧量(COD)已成为环境监测领域的重要研究课题。采用溶液燃烧法和旋转涂膜法制备了一种可见光响应型BiVO_(4)/rGO涂膜电极用于COD测定,并考察了该电极用于COD检测的光电化学性能。利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析(BET)探究复合电极结构,表明基底完全被BiVO_(4)/rGO覆盖。采用循环伏安法(CV)、光电流-时间法(I-t)测试其光电性能,确定最佳制备条件为:煅烧温度为500℃、掺杂rGO为5 mL、涂膜厚度为4层。通过考察其测试参数得出,在工作电压为1.0 V、支持电解质为0.1 mol/L Na_(2)SO_(4)、光照强度为400μW/cm^(2)、pH为6~8可得到稳定可靠的测试结果。利用BiVO_(4)/rGO涂膜电极测定有机物溶液COD的测定范围为12.18~719.8 mg/L,转移净电荷量(Q_(net))和理论COD间呈良好的线性关系。用于实际水样COD测定时,在60 s内可达稳态光电流,测定结果与国标法测定COD结果具有良好的一致性,相对偏差均<5%。因此BiVO_(4)/rGO涂膜电极具有响应速度快、线性范围宽、操作便捷等优点,可替代传统COD测定仪器。

Pd/rGO/C电极催化还原硝酸盐

采用化学还原与电沉积方法制备了钯和石墨烯复合膜碳纸（Pd/r GO/C）电极。以制备的Pd/r GO/C电极为阴极,通过电化学还原法处理水中硝酸盐。结果表明,与碳纸（C）、石墨烯修饰碳纸（r GO/C）、钯修饰碳纸（Pd/C）电极相比,Pd/r GO/C电极对于硝酸盐还原具有更高的电催化活性及N2选择性。Pd和r GO具有良好的协同催化还原硝酸盐作用。当外加电压由-0.75 V降至-1.0 V时,Pd/r GO/C电极还原速率k值由0.001 min-1快速提高至0.061 min-1。中性条件更利于Pd/r GO/C电极还原硝酸盐及N2生成。同时,Pd/r GO/C电极对浓度区间为6.8-22.6 mg（NO3^--N）/L硝酸盐催化还原效率较高,且反应液中未检测到金属Pd,无二次污染。

基于还原氧化石墨烯材料的电阻式湿度传感器

设计并制备了一种基于还原氧化石墨烯(RGO)材料的电阻式湿度传感器,该湿度传感器的关键部分采用叉指电极结构,它是利用沉积、光刻、溅射和剥离等微电子机械系统(MEMS)工艺制备而成,湿敏材料是由一定比例的RGO粉末和分散剂经过超声波分散配置成均匀分散的水溶液,叉指电极与湿敏材料通过滴涂方法有效结合,并进行了相关的测试。结果显示,在环境湿度为38.4%RH~97.7%RH时,湿度变化量与电阻变化量的线性相关度高达0.97279,传感器的灵敏度约为0.45791Ω/%RH。在环境湿度为38.4%RH~55.1%RH时,传感器的响应时间为9 s、恢复时间为12 s,多次测试结果显示其具有良好的稳定性与重复性。

基于rGO/BB水凝胶粒子电极的三维电化学吸附碳酸铀酰离子研究

铀的采冶过程中,会产生大量的含铀废水,容易造成地下水的污染。在受污染的地下水中,铀常与碳酸盐结合形成扩散性更强、迁移性更高的碳酸铀酰络合物,这使得铀的去除变得更加困难。将氧化石墨烯和竹炭共混,通过低温水热还原反应将竹炭组装至还原氧化石墨烯水凝胶的骨架上,制备具有三维多孔结构的rGO/BB水凝胶。将rGO/BB水凝胶作为三维电化学系统中的粒子电极,探究电解质(硝酸钠)浓度、外加电压、极板间距、pH和rGO/BB水凝胶粒子电极用量等因素对三维电化学系统吸附碳酸铀酰离子性能的影响。实验结果表明,在pH4~8、极板间距4cm、电压5 V、rGO/BB水凝胶用量90mg的条件下,对200mL浓度为1~1000 mg·L^(-1)的碳酸铀酰均具有良好的吸附率,即使当碳酸铀酰浓度为1000 mg·L^(-1)时,14 h吸附率依然可以达到87.56%。经过5次吸附解吸循环后,吸附率仍然保持在87%以上,具有较好的循环再生性能。引入和使用rGO/BB水凝胶粒子电极显著提高了电化学系统对铀的吸附能力,其中羧基和羟基对铀吸附发挥着重要作用。这些结果说明,基于rGO/BB水凝胶粒子电极的三维电化学系统对去除碳酸铀酰离子具有很大的应用潜力。

非晶态硼化钴合金-还原石墨烯/棉织物柔性电极复合材料的制备与性能

本文采用浸渍-干燥法和化学还原法在常温常压条件下制备了非晶态硼化钴合金-还原石墨烯(CoBRGO)/棉织物柔性复合电极。研究了不同Co^(2+)浓度对CoB-RGO/棉织物复合电极结构形貌及电化学性能的影响。结果表明,Co^(2+)浓度为0.14 mol/L时非晶态CoB呈相互交错开放型3D片状结构。与非晶态CoB/织物和RGO/织物复合电极相比,非晶态CoB-RGO/棉织物复合电极表现出更为理想的电化学性能。当电流密度为0.25 mA/cm^(2),非晶态CoB-RGO/棉织物复合电极的比电容为218.8 F/g。此外,非晶态CoB-RGO/棉织物复合电极的电化学性能受折叠次数和折叠角度的影响较小,表明其具有良好的柔韧性。

Ni(OH)_2-碳纳米管-还原氧化石墨烯复合材料的制备及电化学性能

利用简单易行的一步水热法制备了Ni(OH)2-碳纳米管-还原氧化石墨烯(Ni(OH)2-CNTs-RGO)三元复合材料,研究了不同水热反应温度对三元复合材料性能的影响。采用XRD、FTIR、Raman、X射线光电子能谱(XPS)、SEM及TEM对Ni(OH)2-CNTs-RGO复合材料的结构和表面微观形貌进行表征。利用循环伏安(CV)、电化学交流阻抗(EIS)和恒电流充放电测试了复合电极材料的电化学性能。研究结果表明,当反应温度为120℃时,所制备的Ni(OH)2-CNTs-RGO复合材料具有大的比表面积和三维网状结构,复合材料中六角形的β-Ni(OH)2纳米片和CNTs均匀分散在RGO片层表面,有效阻止了RGO的团聚。Ni(OH)2-CNTs-RGO复合电极材料在充电倍率为0.2C时,放电比容量达到362.8 mAh/g,5C时放电比容量为286.2 mAh/g,仍大于Ni(OH)2在0.2C时的放电比容量,表明CNTs与RGO的协同作用有效提高了电极材料的导电性和活性物质的利用率,最终提升了Ni(OH)2-CNTs-RGO复合材料的倍率性能。