MgCo_(2)O_(4)@Ni(OH)_(2)纳米针的制备及其超电性能研究

采用水热和电沉积方法成功合成出超级电容器MgCo_(2)O_(4)@Ni(OH)_(2)(MCON)电极材料。在导电基底泡沫镍上,絮状的Ni(OH)_(2)包覆着针状的MgCo_(2)O_(4),改善了母体材料的结构,构成了有效的电连接,从而增强导电性能。电化学性能测试表明,该MCON表现出优秀的电化学性能,其在1 mA/cm^(2)的电流密度下,比电容高达2635.4 F/g,容量提高了72.4%,且以14 mA/cm^(2)循环1000周次后比电容保持原有容量的91.2%。将MCON与活性炭分别以正极和负极组装成非对称超级电容器,其在电流密度1 A/g下,比电容达91.8 F/g。另外,该非对称超级电容器在功率密度为2.1 kW/kg下,能量密度为28.7 Wh/kg,同时点亮红色发光二极管时长高达25 min。研究结果表明设计复合材料拥有较强的储能能力,适合作为超级电容器电极材料。

集成有CNTs和Ni-Ni(OH)_(2)异质结构的电解析氢自支撑薄膜催化剂

氢气是一种重要的能量储存载体.通过电解水析氢的方式,可以将其他可再生能源转化为电能,并以化学能的形式储存于氢气中.为了提高电解析氢过程的能量转化效率、降低能耗,需要高活性的析氢催化剂.这些催化剂不仅应具有巨大的比表面积,还应具备适中的氢吸附能和较强的解离水的能力.铂基催化剂在电解析氢方面展现出了显著的优势,而同族的镍基催化剂因其高性价比而备受关注.然而,在电解析氢过程中,镍基催化剂存在氢吸附强度高和解离水能力弱两个重要缺陷,这导致析氢过程动力学不理想.因此,本文的研究思路是探索如何在镍基催化剂中引入功能性组分,以平衡氢吸附能和催化水解离的能力,从而实现析氢性能的提升.研究表明,碳纳米管(CNTs)可以改善催化剂的电解析氢性能,而Ni(OH)_(2)则可以提升催化剂解离水的能力.因此,本文采用复合电沉积法制得CNTs-Ni薄膜,并通过原位氧化在其表面形成Ni-Ni(OH)_(2)异质结构,构建了包含CNTs和Ni-Ni(OH)_(2)两种功能组分的CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)薄膜.该薄膜展现出与Pt/C相当的析氢活性和更出色的稳定性.微观形貌分析显示,CNTs的引入使CNTs-Ni薄膜具有复杂的三维结构,镍以高度褶皱的微球形态均匀负载在CNTs表面,形成巨大的比表面积.电化学测试和模拟计算结果证实,CNTs-Ni薄膜的析氢活性较纯镍有显著提高,这归因于其巨大的电化学活性面积以及CNTs对析氢过程动力学的积极影响.当优化沉积时间和CNTs表面镍的负载量时,CNTs-Ni薄膜的电化学活性面积和析氢活性均得到显著提升.进一步氧化处理后,通过X射线光电子能谱和X射线衍射等测试手段证实了Ni-Ni(OH)_(2)异质结构的形成,并观察到电化学活性面积的增大和析氢活性的改善.此外,深入研究发现,随着氧化时间的延长,单位电化学活性面积上的析氢活性出现下降.结合析氢过程的背景电流分析推测,在析氢过程中CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)表面发生氢氧化镍的还原,重新生成的镍活性位点对提升析氢过程动力学起到关键作用.但过长的氧化时间可能会破坏镍活性位点的再生.基于此理论构建的计算模型验证了CNTs和异质结构对析氢活性的协同增强作用,使氢的吸附自由能达到理想值,理论上氢在复合薄膜表面的析出过电位接近于0 V.因此,在碱性溶液中,集成有CNTs和Ni-Ni(OH)_(2)异质结构的CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)析氢催化剂表现出优异的性能,其氢气起始析出电位为0 V,当阴极电流密度分别为10和50 mA/cm^(2)时,析氢过电位也仅为65和109 mV.综上所述,本文通过复合电沉积和原位氧化的方式获得了CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)自支撑析氢催化剂,不仅体现出明显的几何效应,而且也对析氢过程的动力学产生了积极影响.这种整合多种功能性组分的方式,为未来设计和制备高活性、高性价比的电解析氢材料提供了新的思路.

电沉积法制备Cu(OH)_(2)/Ni-Co-S复合电极及储能特性研究

本文采用两步电沉积技术,以泡沫铜为基底,原位制备了Cu(OH)_(2)/镍钴双金属硫化物(Ni-Co-S)复合电极材料。先采用恒电流沉积技术将泡沫铜表面氧化,得到Cu(OH)_(2),泡沫铜同时作为电极基底和铜的唯一来源,再通过恒电位沉积,将Ni-Co-S均匀覆盖在Cu(OH)_(2)表面。Cu(OH)_(2)一方面作为活性电极组分参与氧化还原反应,同时作为底层材料,为顶层Ni-Co-S的沉积提供较大的沉积空间,进而形成了更丰富的电化学活性位。基于这种原位电沉积技术以及Cu(OH)_(2)与Ni-Co-S组分的协同作用,Cu(OH)_(2)/Ni-Co-S复合电极表现出增强的赝电容特性,在2mA·cm^(-2)的放电电流密度下,比容量为4.88 F·cm^(-2),库伦效率为88.12%,5000次充放电循环后,比容量保持在初始值的86.38%。

NiSe_(2)/Ni(OH)_(2)/TM异质一体电极促进碱性析氧

低廉、高效稳定的催化电极对碱性电解水意义重大。利用水热法在钛网(TM)上原位构筑前驱体Ni(OH)_(2),通过固相硒化法在350℃对前驱体进行不同时长的硒化反应,制备出NiSe_(2)/Ni(OH)_(2)/TM异质一体电极。利用XRD、XPS对电极的物相和表面元素价态进行分析;通过SEM和TEM对电极的形貌和元素分布进行表征。并在1 mol/L KOH电解液中对电极进行电催化析氧性能测试。XRD和SEM分析证实了电极的物相和形貌依赖于硒化时间。电化学测试结果显示了电极的形貌对催化性能的影响较大。硒化2 h所得到的NiSe_(2)/Ni(OH)_(2)/TM电极具有最佳的异质形貌和最优的碱性析氧性能,驱动10 mA/cm^(2)电流密度仅需285 mV的过电位,Tafel斜率为50 mV/dec,100 h的恒电压测试中电流密度衰减率为16%。粗糙的表面显著地增多了有效活性位点,强化了异质界面上不同物种间的协调作用,中间产物的转换速率和电子的转移速率得以加快;该电极表现出优异的催化活性和耐久性。

交流电电解制备NiO-Ni(OH)_(2)/石墨片及其电性能研究

分别以镍条和石墨棒为电极、氢氧化钠为电解液,施加交流电进行电解合成NiO-Ni(OH)_(2)/石墨片复合材料.通过XRD、SEM及(HR)TEM等对该材料进行物性表征,并研究其用作超级电容器电极的电化学性能.结果表明,经电解进入溶液中的镍离子以NiO和Ni(OH)_(2)两种晶体形式,颗粒尺寸约为70 nm均匀分散在被剥离成石墨片形成的微米束中.该复合材料做成的电极表现出优异的电化学综合性能,当充放电电流密度为20 A/g时,比容量高达1142 F/g;经2000次充放电循环后,容量保持率接近96%.材料优异的电化学性能归功于活性物质镍氧化合物颗粒纳米化以及石墨片层形成的微米束为离子和电子传输提供快速通道.

Co对Ni（OH）_2电极中质子扩散行为的研究

本文采用恒电位阶跃、循环伏安及恒电流放电法，考察含Ｃｏ量０％～５３％的Ｎｉ（ｏＨ）_２电极充放电过程中质子的扩散系数：充电过程该值为１０－９～１０－１０ｃｍ２／ｓ，放电过程则为１０（－１１）ｃｍ２／ｓ．数据处理时对文献中有关公式进行了修正．

钴离子注入对Ni（OH）_2／NiOOH电极行为的影响

用波长扫描现场椭圆偏振光谱方法和电化学实验技术研究Ｎｉ（ＯＨ）２／ＮｉＯＯＨ电极上的电化学反应。用离子注入技术将钴引入到镍电极表面层中，可提高Ｎｉ（ＯＨ）２／ＮｉＯＯＨ电极的充电效率。拟合椭圆法实验数据确定了充、放电过程中表面膜的转化模型，所得结果表明：在钴离子注入之后，光学模型保持不变，但Ｎｉ（ＯＨ）２／ＮｉＯＯＨ电极的充电效率可得到提高。

多孔Ni(OH)_(2)的制备及其脱硫性能研究

先以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为造孔剂,采用水热法合成了Ni-MOFs(Ni-BTC),再以其为前驱体,制备了多孔Ni(OH)_(2)。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和N2吸附-脱附曲线(BET)等手段,对多孔Ni(OH)_(2)进行了表征,采用静态实验法,研究了其脱除模拟油中的硫化物的性能以及影响因素。结果表明,40℃下,该多孔Ni(OH)_(2)对模拟油的脱硫率为93.50%,较未加造孔剂CTAB所得的Ni(OH)_(2)提高了17%。该多孔Ni(OH)_(2)脱硫剂制备简便,性能良好,为原油的物理法脱硫提供了一种新思路。

珊瑚状Ag/Ni(OH)_(2)纳米复合电极的制备及其葡萄糖无酶传感

本文采用连续离子层吸附法在镍基底上制备珊瑚状Ag/Ni(OH)_(2)纳米复合电极,建立灵敏度优异的无酶葡萄糖传感器,采用循环伏安法(CV)和安培电流法(i~t)对该传感器的电化学特性进行了研究。结果表明,在0.5 V下,该传感器具有较好的电化学传感性能,其灵敏度为1102μA·mmol·L^(-1)·cm^(-2),线性范围为0.002 mmol/L~10.11 mmol/L,检出限为0.29μmol/L(S/N=3),且重复性好,抗干扰性强,重现性和稳定性好,这主要是因为银、镍纳米复合材料间的相互协同效应,比表面积增大,使其具有更多的活性位点,提高了电极的电化学性能。该传感器可用于检测葡萄糖注射液中葡萄糖的浓度,表明制备的Ag/Ni(OH)_(2)纳米复合电极具有检测葡萄糖的应用潜力。

B掺杂量对NiO/Ni(OH)2电极材料赝电容性能的影响

超级电容器在储能装置中占有重要的地位,近年来得到了广泛应用。影响超级电容器性能最重要因素是电极材料,而掺杂硼的镍基氧化物/氢氧化物复合电极材料具有优异的电化学性能。在柔性铜片上先化学镀再电化学原位氧化制备出4种不同B掺杂量的NiO/Ni(OH)2电极材料,扫描电镜(SEM/EDX)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)测试结果揭示电极材料表面呈微米微球结构,主要由NiO和Ni(OH)2构成,B以氧化物的形式掺杂,其中化学镀液中硼氢化钠添加质量分数为2%时制备的NiO/Ni(OH)2(2B)电极材料样品实现最高B掺杂量,质量分数可达15.7%;电化学测试结果显示随着电极材料中B掺杂量的提高,其比电容增加,循环性能更优异,原因是电极材料表面含B时能增加其与电解液的接触和润湿作用,降低表面电化学反应的电荷传递电阻,从而加速表面电化学反应,表现出较高的比电容。特别地NiO/Ni(OH)2(2B)在1 A·g^(-1)的充放电电流密度下比电容可达3.6 F·g^(-1),经历10 000次循环充放电后比电容维持率189%,在4种电极材料中具有最好的电化学性能。

Al与Zn复合取代α-Ni(OH)_2的结构和电化学性能

采用络合沉淀、并行低速加料法制备了Al取代和Al与Zn复合取代α Ni(OH) 2 样品 ,研究了其结构、表面形貌和电化学性能。结果表明 :用该种方法制备的α Ni(OH) 2 颗粒呈规则的球形且表面粗糙 ;与Al单独取代α Ni(OH) 2 相比 ,Al与Zn复合取代α Ni(OH) 2 颗粒的球形度和活化性能有所降低 ,放电电位和循环稳定性有所提高。α Ni(OH) 2 的红外光谱、X射线衍射及样品电极的电化学阻抗谱测试结果表明 ,复合添加Al和Zn提高了氢氧化镍的结构稳定性 。

沉淀转化法制备的纳米Ni(OH)_2-C复合材料的结构和电化学性能

研究了用沉淀转化法、通过掺钴和纳米炭材料制备的Ni(OH)2-C和Ni0.96Co0.04(OH)2- C纳米复合材料的结构和电化学性能. Ni(OH)2-C和Ni0.96Co0.04(OH)2-C都是β-Ni(OH)2 晶体结构. Ni(OH)2电化学性能主要与其晶体粒径、晶体结构和导电性有关.掺入纳米导电 炭黑,可以改善Ni(OH)2的电化学性能.掺入纺锤形颗粒的SPC比片状颗粒:HGC炭黑较明 显改善Ni(OH)2的电化学性能.掺入高比表面积活性炭,不能改善Ni(OH)2电化学性能.掺 杂Co可以提高倍率放电能力和可逆性.掺杂Co和炭的Ni0.96Co0.04(OH)2-C复合材料,具有 高比容量.

掺钇α-Ni(OH)_2的研究

采用均匀络合共沉淀法 ,首次合成出了掺杂钇基 α-Ni(OH) 2 .并采用 XRD,FTIR和 SEM分析技术 ,对其结构及形貌进行了研究 .电化学测试表明 ,所制得的掺杂钇基 α-Ni(OH) 2 与掺铝的 α-Ni(OH) 2 和球形 β-Ni(OH) 2 相比 ,敲实密度 1 .6g/cm2 ,电化学比容量 3 3 0 m A·h/g以上 ,活性物质利用率大于 95 % ,循环可逆性好等优点 .

均相沉淀法制备α-Ni(OH)_2及其电化学性能研究

采用均相沉淀法制备了可以在强碱性溶液中稳定存在的 Al 代 α-Ni(OH)2。X 射线衍射和扫描电子显微镜测试表明,试样结晶度很高,形貌为细小颗粒的团聚。采用恒流充放电测试方法研究了所制备的 α-Ni(OH)2的放电比容量。结果表明,试样的放电比容量较高,可以达到 290 mAh/g,而且充放电的极化程度小。

高密度非球形β-Ni(OH)_2的制备研究

采用化学沉淀法在制得的Ni(OH)2胶体中加入聚沉剂聚丙烯酰胺使胶体快速沉降,所得非球形Ni(OH)2粉末振实密度达2.3 g.ml-1。XRD分析表明所得材料为β-Ni(OH)2,其结构整体较为完整,局部晶格有缺陷。扫描电镜显示其颗粒为较规则的长方形。在无任何添加剂的情况下,电性能测试表明,β-Ni(OH)2样品的第一和第十次放电比容量分别达218.1和211.5 mAh.g-1。通过比较,表明采用此改进的工艺制备的非球形Ni(OH)2,其振实密度、形貌、电性能等明显优于传统的制备方法。

制备条件对正极材料Ni(OH)_2活性和堆积密度的影响

发现了正极材料Ni(OH)_2的活性和堆积密度对某些制备条件而言是一对矛盾.确定了最大限度地协调二者的pH值等制备条件.制得了具有较高活性(放电比容量200～240mAh/g)和较高堆积密度[(1.6～1.8)×10~3kg/m^3]的Ni(OH)_2.

α-Ni(OH)_2的研究进展

本文综述了-αNi(OH)2在碱液中稳定存在的影响因素,对保持Ni(OH)2的alpha型结构所需条件及解决措施做了阐述;介绍了国内外-αNi(OH)2电极的最新研究进展,着重叙述了Al3+、Mn3+和Zn2+替代Ni2+的-αNi(OH)2的制备、稳定性和电化学性能以及尿素热分解制备的-αNi(OH)2的特性;展望了纳米级α-Ni(OH)2的研究及应用前景。

新型镍电极活性材料——高密度球形微粒Ni(OH)_2 Ⅰ.微米级球形微粒Ni(OH)_2的制备、性能和结构

报导了新型镍电极活性材料——高密度球形微粒 Ni( OH) 2 的研制经验 ,用 SEM和 XRD方法测定了其微观结构 ,讨论了有关物理性能并和普通 Ni( OH) 2 作了对比。

不同荷电状态下α-Ni(OH)_2的质子扩散系数

应用电化学交流阻抗法 (EIS)研究了不同荷电状态下的α Ni(OH) 2 的质子扩散系数 (使用Equivcrt软件拟合实验数据 )。结果表明 ,质子扩散系数是电极荷电状态的函数 ,在荷电状态为 2 0 %左右时 ,质子扩散系数具有最大值 ,并且在荷电状态大于 1 0 %时 ,均大于 β Ni(OH) 2 活性物质。在电极荷电状态为 0 %时 ,阻抗谱为半圆(在频率小于 1 0Hz时 ) ,未显示固相有限扩散控制的特征。从理论上讨论了此结果。

α-Ni(OH)_2活性物质的初步探索

ＭＨ－Ｎｉ电池的性能在很大的程度上决定于正极，本文初步研究了新型正极材料体系α－Ｎｉ（ＯＨ）２／β－ＮｉＯＯＨ体系的性能，提出了制备在碱液中稳定的α－Ｎｉ（ＯＨ）２的必要条件。ＸＲＤ测试表明材料具有水滑石结构，电极充放电实验表明其大电流放电性能优良，放电电压平台高于β－Ｎｉ（ＯＨ）２电极。