还原氧化石墨烯/聚吡咯棉织物作为电极材料的锌离子超级电容器研究

以还原氧化石墨烯(reduced graphene oxide,rGO)/聚吡咯(polypyrrole,PPy)复合材料作电极,以2 mol/L氯化锌(ZnCl_(2))溶液作为电解质构建的超级电容器,可满足电子产品所需的储能需求。本研究以棉织物为基底,采用氧化法制备rGO/PPy棉织物复合材料。电化学测试结果表明,在1 mA/cm^(2)下,rGO/PPy获得了2983 mF/cm^(2)的高比电容和5000次循环后71.1%的容量保持率。由此可知,rGO/PPy棉织物作为电极材料在锌离子超级电容器中具有一定的应用前景。

SnO_2/还原氧化石墨烯/聚吡咯三元复合物的合成及其电化学电容性能

采用两步法制备出均匀分散的SnO2/还原氧化石墨烯(SnO2/RGO)二元复合物,再以二元复合物为模板,通过化学氧化法聚合吡咯(Py)单体,制备出SnO2/还原氧化石墨烯/聚吡咯(SnO2/RGO/PPy)三元复合材料。利用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)对复合材料结构和形貌进行物性表征,利用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗对复合材料进行电化学性能研究,并讨论了不同含量的PPy对复合材料的结构和性能的影响。结果表明,所合成的三元复合材料的比电容随PPy含量的增加而增大,最大达到305.3F/g。三元复合物电容性能增强源于SnO2、RGO与PPy三者的相互协同作用,以及材料层状结构和大的比表面积。

聚多巴胺修饰还原氧化石墨烯/聚吡咯导电织物的制备及其传感响应特性

为改善导电织物导电层与织物间的界面黏附性,构建有效接触的导电网络,提升传感响应特性,采用聚多巴胺(PDA)对涤纶/氨纶针织物表面进行修饰,制备以还原氧化石墨烯(RGO)和聚吡咯(PPy)为导电层的柔性传感器。借助傅里叶红外光谱仪、扫描电子显微镜、自制KTC传感测试盒、四探针方阻测试仪、万能拉伸试验机等对导电织物进行表征与分析。结果表明:经PDA修饰后的织物与RGO/PPy间的界面黏附性有明显改善,所构建导电网络更为连续,相较于未修饰的导电织物具有更好的耐久性和耐磨性;该织物柔性传感器的拉伸范围在0%~130%之间时,灵敏度增加至39.1,响应时间为0.06 s,可准确识别人体关节运动。

SnO_2/还原氧化石墨烯/聚苯胺三元复合物的合成及电化学性能

采用两步法成功构筑SnO2/还原氧化石墨烯/聚苯胺(SnO2/RGO/PANI)三元复合材料。首先制备出均匀分散的SnO2/还原氧化石墨烯(SnO2/RGO)二元复合物,然后再以二元复合物为载体,通过苯胺(An)单体的化学氧化聚合获得终端产物。利用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)对复合材料的结构和形貌等物理性质进行表征,利用循环伏安测试、恒电流充放电测试和交流阻抗测试对复合材料的电化学电容性能进行研究,并讨论了PANI的含量对复合材料的结构和性能的影响。结果表明,所合成的三元复合材料的比电容随PANI含量的增加而增大,最大达到424.8F/g,其电容性能的增强源于SnO2、RGO与PANI三者的相互协同作用。

基于聚(两性离子液体)功能化聚吡咯/氧化石墨烯的独特MoS_(2)-SnS_(2)异质纳米片及其改善的氮还原电活性

NH_(3)是一种重要的化工原料,广泛应用于合成各种化工产品.然而,传统还原N_(2)制备NH_(3)的Haber-Bosch工艺执行条件苛刻,在消耗大量化石能源的同时产生严重环境污染.在环境条件下的电化学氮还原反应(NRR)是一种最具前景的可持续、清洁生产NH_(3)的能源技术,其实际应用的核心是开发高效、价格低廉和易制备的NRR电催化剂.过渡金属二硫族化合物(TMDCs)储量丰富并且价格低廉,具有多变的晶体结构和相组成、可控的形貌、缺陷设计可调节等特点,呈现出优异的电催化活性,是用来替代贵金属的理想选择.MoS_(2)和SnS_(2)都可作为电催化剂应用于NRR.由于金属1T-MoS_(2)和1T’-MoS_(2)对与NRR竞争的析氢反应(HER)具有极好的电化学活性,其NRR法拉第效率较低;尽管具有半导体特性的SnS_(2)能够通过限制表面电子可及性来抑制HER,但是高过电位和较低氨产率仍不能令人满意.据报道,在碳布上原位生长Mo掺杂SnS_(2)具有丰富的S空位,由于杂原子掺杂和空位工程形成了Mo-Sn-Sn三元催化位点,其NRR活性显著增强.因此,为了抑制竞争反应以提高NRR的法拉第效率,本文设计并制备了一种独特的无机/有机分级纳米结构用于电催化NRR.选用一种独特的聚两性离子液体,即侧链同时含有咪唑盐和磺酸基团的聚1-乙烯基-3-丙烷磺酸基咪唑盐(PVIPS),作为界面诱导剂,利用离子交换作用吸附作为前驱体的Mo7O246‒和Sn^(4+),诱导1T’-MoS_(2)和2T型六方SnS_(2)同时生长,形成独特的MoS_(2)-SnS_(2)异质纳米片负载于PVIPS功能化的聚吡咯/氧化石墨烯(PVIPS/PPy/GO)表面.由于各组分的协同效应,得到的MoS_(2)-SnS_(2)/PVIPS/PPy/GO纳米片表现出较好的NRR活性,其在‒0.5 V(vs.RHE)时氨产率最佳,为16.74μg h^(‒1)mg^(‒1)act.,其相应的法拉第效率为4.07%.具有半导体特性的SnS_(2)能够限制表面电子的可及性,进而抑制1T’-MoS_(2)的HER过程,而具有金属性的1T’-MoS_(2)可与SnS_(2)形成Mo-Sn-Sn三元催化活性位点,提高SnS2的NRR电催化活性.此外,高分辨透射电镜,X射线衍射和X射线光电子能谱结果表明,MoS_(2)-SnS_(2)/PVIPS/PPy/GO在NRR使用前后存在显著差异,这主要归因于在NRR过程中MoS_(2)-SnS2异质纳米片发生了不可逆的晶体相变.部分1T’-MoS_(2)和SnS_(2)与N_(2)发生电化学反应形成Mo‒N和Sn‒N键,不可逆地相转变为Mo_(2)N和SnxNz;部分SnS_(2)由于电化学体系中电源的还原作用而不可逆地演化为SnS.本文为优化TMDCs的制备方法及其电催化活性提供了新的设计思路.

氧化铜-过氧化聚吡咯-还原氧化石墨烯复合膜修饰电极非酶检测葡萄糖

先以氧化石墨烯(Graphen oxide,GO)为阴离子掺杂剂,采用电化学聚合法制备了聚吡咯-氧化石墨烯复合膜(PPy-GO)。分别在0.10 mol/L Na Cl和0.10 mol/L NaOH溶液中对其进行还原和过氧化处理,制得过氧化聚吡咯-还原氧化石墨烯复合膜(OPPy-ERGO)。再以此OPPy-ERGO复合膜为载体,采用电化学沉积法制备了氧化铜-过氧化聚吡咯-还原氧化石墨烯复合膜修饰电极(CuO-OPPy-ERGO/CCE)。通过扫描电镜和电化学方法对此电极进行表征,研究了葡萄糖在此修饰电极上的电化学行为。结果表明,此电极对葡萄糖的电氧化过程表现出高的催化活性和良好的抗干扰能力。在0.20 mol/L NaOH溶液中,安培法检测葡萄糖的线性范围为5.0×10^(-7)~1.0×10^(-3)mol/L,检出限(3Sb)为2.0×10^(-7)mol/L,灵敏度为121.8μA/(mmol·L^(-1))。该电极用于血清中葡萄糖含量的测定,加标回收率为96.0%~110.1%。

还原氧化石墨烯/过氧化聚吡咯膜负载氢氧化钴修饰电极检测过氧化氢

采用两步电化学方法制备了还原氧化石墨烯(ERGO)/过氧化聚吡咯(OPpy)复合膜负载氢氧化钴(Co(OH)_2)修饰电极(Co(OH)_2-ERGO-OPpy/CCE).通过电化学方法及EDS能谱技术对该修饰电极进行了表征.在pH 9.0的0.10mol·L^(-1) B-R缓冲溶液中研究了该修饰电极对过氧化氢(H_2O_2)的电催化氧化活性.结果表明,RGO/OPpy复合膜增大了电极的有效面积,有利于得到催化活性更高、分散性好的Co(OH)_2粒子,同时过氧化聚吡咯提高了电极的选择性.在优化条件下,安培法检测过氧化氢的线性范围为2.0×10^(-7)~4.9×10^(-4) mol·L^(-1),检出限为7.0×10^(-8) mol·L^(-1)(3sb,n=11),灵敏度为163μA·(mmol·L^(-1))^(-1).该电极用于检测过氧化氢时具有检出限低、线性范围宽和选择性好等特点.

聚吡咯/石墨烯/锦纶织物的制备及电磁屏蔽性能

将锦纶织物反复浸渍氧化石墨烯(GO)水分散液,取出烘干后还原制备rGO/锦纶织物;再将其浸渍于吡咯(Py)的酸性水溶液中,引发聚合反应制备PPy/rGO/锦纶织物,优化了rGO/锦纶和PPy/rGO/锦纶织物的制备工艺,即:rGO/锦纶织物浸渍于7.5 g/L的Py分散液中,pH=2,15 min后在0℃条件下滴加5 mL质量浓度为3.0 g/L的APS溶液,振荡器转速为150 r/min。制备的PPy/rGO/锦纶织物的方块电阻为(97±8)Ω/,电磁屏蔽效果为42.7 dB。

Co_3O_4/聚吡咯/石墨烯碱性溶液中电化学还原氧（英文）

燃料电池具有较高的能量密度和发电效率,以清洁能源为原料,零污染排放,是一种具有发展前景的能量储存和转化装置.阴极氧还原反应(ORR)在燃料电池中起着关键作用.ORR广泛采用贵金属铂基催化剂,但是它们价格昂贵,电子动力学转移速率慢,碱性条件下易团聚,这些亟需解决的问题阻碍了燃料电池商业化进程.近期,一些非贵金属催化剂被广泛研究,例如氮掺杂碳材料、Fe/N/C和Co/N/C材料等,它们有可能在未来替代铂基催化剂.我们的目标是合成新型高催化活性的Co/N/C及其衍生非贵金属材料,用于ORR催化反应.由于石墨烯具有独特的形貌、较大的比表面积和良好的导电性,其表面含有功能化的官能团,所以我们选择石墨烯作为碳载体.首先,用改性休克尔方法合成了氧化石墨烯(GO),为了提高其催化活性,采用聚吡咯作为氮源对其进行了氮掺杂,制备了聚吡咯/氧化石墨烯(Ppy/GO).通过ORR催化性能测试发现,GO对ORR具有一定的催化活性,它的起始电位和阴极电流电位分别为–0.31 V vs SCE和–0.38 V vs SCE;Ppy/GO的起始电位和阴极电流电位分别为–0.20 V vs SCE和–0.38 V vs SCE,氮掺杂对GO的催化活性有所提高.采用水热法沉积氧化钴合成了Co_3O_4/聚吡咯/氧化石墨烯(Co_3O_4/Ppy/GO).其形貌为Co_3O_4分散在氮掺杂GO表面.在KOH电解质(0.1 mol/L)中测试,Co_3O_4/Ppy/GO的起始电位和阴极电流电位分别为–0.20 V和–0.38 V vs SCE.经过800°C高温煅烧处理后,Co_3O_4/Ppy/GO-800的催化活性明显提高,起始电位和阴极电流电位分别达到–0.10 V和–0.18 V vs SCE.ORR电子转移数为3.4,接近于4电子反应途径.Co_3O_4/Ppy/GO对ORR的催化活性及4电子催化选择性较高,可能是由于纳米形态的Co_3O_4和Ppy/GO之间具有较强的表面作用力,聚吡咯掺杂的氧化石墨烯具有较强的电子储存及释放能力.综上,我们通过水热法制备了钴、氮共掺杂的GO,并研究了其对ORR的催化活性和电子转移选择性.结果表明Co_3O_4/Ppy/GO是一种高效的非贵金属电催化剂,在碱性电解质中具有很高的ORR催化活性,在燃料电池阴极催化剂方面很有前景.

聚吡咯/氧化石墨烯层状复合材料的制备及其在超级电容器中的应用(英文)

通过将吡咯单体在低温下与氧化石墨烯进行原位聚合,获得聚吡咯/石墨烯(Ppy/CRGO)复合材料.采用场发射电子显微镜(FESEM)、红外(FT-IR)和热重分析(TGA)对复合物的表面形貌、结构进行表征.FESEM结果表明,通过控制氧化石墨烯(GO)和吡咯单体的质量比例,可以对复合物的层状和厚度进行调控.FT-IR和TGA结果表明,聚吡咯(Ppy)是通过化学键合的方式与氧化石墨烯复合在一起.通过机械冷压法将粉末状Ppy/CRGO复合物压成圆片电极,并探讨了石墨烯和聚吡咯复合比例、反应时间、烘干温度和孔隙率等因素对Ppy/CRGO复合物电极的电学和电化学性能的影响.结果表明,Ppy与CRGO质量比为10∶1所制得的Ppy/CRGO复合物的电容量为421 F·g-1,通过在电极中引入孔隙,电容量能进一步提升为509 F·g-1.

改性石墨烯材料掺杂聚酰亚胺制备混合基质膜分离CO_(2)/N_(2)

海洋石油生产平台日常产生大量CO_(2)温室气体,对其进行分离捕集并回注地层,可有效改善原油流动性,提高原油产收率,产生可观的经济效益及环保社会效益.聚酰亚胺(PI)是目前最具有应用价值的气体分离膜材料,因受Robeson上限的限制,很难同时满足高渗透系数和高选择性的要求.使用氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(rGO)对聚酰亚胺进行掺杂制备混合基质膜,进行了CO_(2)/N_(2)气体分离的实验研究.结果表明,制备的氧化石墨烯掺杂的聚酰亚胺混合基质膜(PI-GO)和还原氧化石墨烯掺杂的聚酰亚胺混合基质膜(PI-rGO)相比于纯聚酰亚胺膜,分离性能明显提升;对比混合气干湿态气体渗透性能,混合气湿态时PI-rGO膜的渗透系数和分离因子分别上升了13.52%和24.34%.

弱可见光催化活性La-TiO2-还原氧化石墨烯填充聚偏氟乙烯共混膜的构建

为提高聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜的通量及抗污染性能,首先利用吸附相反应技术耦合乙醇热处理制备La掺杂TiO2-还原氧化石墨烯(La-TiO2-RGO),再将其与PVDF共混制备La-TiO2-RGO/PVDF抗污染超滤膜。结果表明,均匀分散于PVDF高分子中表面亲水的La-TiO2-RGO增多,La-TiO2-RGO/PVDF共混膜的水通量和抗污染性能也显著提升。当La-TiO2-RGO/PVDF共混膜中出现团聚体,则会削弱其膜通量和抗污染性。在La-TiO2-RGO填充量(与PVDF质量比)为2.0%时,La-TiO2-RGO/PVDF共混膜具有最优纯水通量。LaTiO2-RGO/PVDF共混膜最高纯水通量可达171.5 L·m^-2·h^-1,是PVDF膜的5倍以上,其通量衰减速率也明显低于PVDF膜。另外,由于La-TiO2-RGO具有可见光催化活性,被污染后的La-TiO2-RGO/PVDF共混膜经过光照处理后用水清洗,其膜通量恢复率较直接用水清洗后的通量恢复率大幅提高;热处理温度升高,LaTiO2-RGO弱可见光活性增强,光照后La-TiO2-RGO/PVDF共混膜通量恢复率变大。但过高热处理温度抑制了La-TiO2-RGO中Ti3+形成,且削弱其光活性,La-TiO2-RGO/PVDF共混膜通量恢复率反而下降;对于LaTiO2-RGO填充量为2.0%的La-TiO2-RGO/PVDF共混膜,被污染后分别采用直接水清洗、仅光照处理2 h、先光照处理2 h后水清洗的膜通量恢复率分别为79.28%、52.42%、90.01%。

PPy/rGO涤棉复合织物的制备及其电磁性能研究

目前电磁辐射污染的问题引起了极大的关注,亟需制备性能优异的电磁波吸收材料。针对个体防护方面,研究吸波、压力传感、电加热及储能一体化的多功能复合织物对柔性可穿戴及服装智能化具有重要意义。以涤棉织物为柔性基底,以PPy、rGO为功能粒子,采用化学还原法及原位聚合法制备了PPy/rGO复合柔性织物。主要探究了Py浓度对其吸波性能、介电性能、导电性能、电化学性能、压阻性能及电热性能的影响。结果表明:当Py浓度为0.4 mol/L时,复合织物在频率为15.60 GHz处最小反射损耗(RL_(min))为-6.62 dB,表面电阻值为127.8Ω,电加热最大温度为46.36℃,具有最佳的吸波、导电和电热性能。当Py浓度为0.2 mol/L时,灵敏度为6.09 kPa^(-1),压阻传感性能最佳。当Py浓度为0.6 mol/L时,质量比电容为45.91 F/g,电化学性能最佳。

复合导电织物的制备及其性能研究

为了改善聚合物基织物的导电性,发挥聚合物与还原氧化石墨烯(RGO)的协同作用,文章以涤纶织物为基底,采用浸渍法负载RGO和原位聚合法负载聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT︰PSS)与聚吡咯(PPy),制备了PPy/PEDOT︰PSS/RGO复合导电织物。采用正交试验合理设计氧化石墨烯(GO)、3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)、聚苯乙烯磺酸钠(PSS)和吡咯(Py)的摩尔浓度,借助扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪和万用电表对复合导电织物进行表征与分析。结果表明:当GO质量浓度为5 g/L,EDOT摩尔浓度为0.15 mol/L,PSS质量浓度为15 g/L,Py摩尔浓度为0.14 mol/L时复合导电织物体积电阻率最小,为0.88Ω·cm。

用于超级电容器电极材料的CNCs/PVA/RGO/PPy复合气凝胶

本研究以聚乙烯醇(PVA)与纤维素纳米晶(CNCs)共混形成网络结构,并引入了氧化石墨烯(GO)和聚吡咯(PPy),通过原位聚合法将PPy均匀沉积在复合材料表面,并以冻融循环法和冷冻干燥法制备复合气凝胶,最终用还原剂将复合材料中的GO还原为还原氧化石墨烯(RGO),制备了导电性良好的CNCs/PVA/RGO/PPy复合气凝胶。通过结构及电化学性能表征分析,表明该复合气凝胶有着良好的多孔网状结构以及优异的电化学性能(在电流密度为0.25mA/cm2时,比电容量约为352F/g),该复合气凝胶在超级电容器电极材料领域具有很好的应用前景。

原位聚合法制备蚕丝导电心肌补片及其性能表征

通过原位聚合法工艺,利用聚吡咯和还原氧化石墨烯对蚕丝织物进行导电整理,制得蚕丝导电心肌补片,并探讨其优化整理工艺。测试结果表明:导电心肌补片表面的导电颗粒随吡咯单体和氧化石墨烯质量浓度上升而增多,其电导率也随之提高;表面电阻随着吡咯单体浓度增加而降低,原位聚合的吡咯单体最佳质量浓度为1 g/L,氧化石墨烯最佳质量浓度为8 g/L;聚吡咯和还原氧化石墨烯可以很好地聚合在蚕丝织物表面;随着原位聚合质量浓度的增加,导电心肌补片的热学性能、降解率有所提高,杨氏模量呈下降趋势。综合分析认为:利用原位聚合法制备蚕丝导电心肌补片具有很好的可行性。