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碳纳米管的微观结构调节对锂空气电池电化学行为的影响

王海帆 , 魏伟 , 秦磊 , 雷宇 , 余唯 , 刘如亮 , 吕伟 , 翟登云 , 杨全红

新型炭材料

锂空气电池的理论能量密度约是锂离子电池的10倍,因而受到研究者的广泛关注.碳质材料由于其稳定的结构和良好的导电性,目前仍作为锂空气电池的主要正极材料.通过KOH活化调节碳纳米管的表面特性和微观结构,将其作为锂空气电池正极材料,研究碳纳米管的微观结构变化对放电产物及电化学行为的影响.结果表明,当碳纳米管管壁被剥开导致大量边界原子外露,形成碳纳米管-石墨烯杂化结构,极大提高了碳纳米管正极的反应活性,放电容量和循环性能显著增加,放电产物分布均匀及颗粒减小,充电平台也显著降低.

关键词: 锂空气电池 , 碳纳米管 , 过氧化锂 , 表面结构

通过pH值调控的氧化石墨烯片层尺寸、表面化学和电化学性质

吴慧 , 吕伟 , 邵姣婧 , 张辰 , 吴明铂 , 李宝华 , 杨全红

新型炭材料 doi:10.1016/S1872-5805(13)60085-2

通过调节氧化石墨烯水溶胶的pH值,可以得到尺寸和表面化学性质可控的氧化石墨烯片层.由于氧化石墨烯片层上的羧基在酸性条件下质子化,而在碱性条件下部分被脱除,因此可以通过调控氧化石墨烯水溶胶的pH值对具有不同片层大小和官能团的氧化石墨烯进行筛选.研究发现,羧基的存在可提高氧化石墨烯的电化学活性,而且较大的片层也同样有利于电化学活性的提高.另外,氧化石墨烯对H2O2的检测具有较高的活性,因而在生物传感器上具有广阔的应用前景.

关键词: 氧化石墨烯 , pH值 , 表面化学 , 电化学活性

石墨烯/炭黑杂化材料：新型、高效锂离子电池二元导电剂

李用 , 吕小慧 , 苏方远 , 贺艳兵 , 李宝华 , 杨全红 , 康飞宇

新型炭材料

采用CTAB为表面活性剂将氧化石墨烯和炭黑均匀分散,经水热过程将二者组装到一起,进而高温热处理得到石墨烯/炭黑杂化材料。该材料是一种具有独特结构和良好性能的石墨烯/炭黑杂化材料作为锂离子电池二元导电剂。炭黑颗粒均匀分布在石墨烯表面,可防止石墨烯片层团聚并进一步提高电子导电效率。由于炭黑可增加对电解液的吸附,促进电极内部锂离子的传输过程,最终提高锂离子电池的倍率性能。结果表明,使用质量分数5%900℃热处理之后的二元导电剂的LiFePO4,在10 C时比容量为73 mAh/g,优于使用10%炭黑导电剂时的LiFePO4(10 C比容量为62 mAh/g)。按照整个电极质量计算,前者的比容量性能比后者提高了近25%,同时在循环性能方面,前者的稳定性也优于后者。

关键词: 石墨烯/炭黑杂化材料 , 二元导电剂 , 锂离子电池 , 倍率性能

自由态二维碳原子晶体-单层石墨烯

杨全红 , 吕伟 , 杨永岗 , 王茂章

新型炭材料

石墨烯是近年发现的二维碳原子晶体,是目前碳质材料和凝聚态物理领域的研究热点之一.石墨烯是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2杂化碳的基本结构单元,具有更多奇特的性质.通过简要介绍石墨烯的发现历史及分子结构,重点评述了石墨烯奇特的性质(特别是电学性质)和潜在的应用领域.

关键词: 石墨烯 , 二维晶体 , 层状材料 , 电子性质

一步水热法制备氢氧化镍ˉ石墨烯复合材料及其电化学性能

袁博 , 郑晓雨 , 张辰 , 吕伟 , 李宝华 , 杨全红

新型炭材料 doi:10.1016/S1872-5805(14)60147-5

通过一步水热法制备出具有三维网络结构的氢氧化镍ˉ石墨烯复合材料(Ni(OH)2ˉGS)。这一独特的结构可以提供良好的离子传输通道,同时可以有效地提高氢氧化镍与电解液的接触面积和材料的导电性。结果表明,Ni(OH)2的质量分数为84%时,复合材料具有最佳的电化学性能,在5 mV·s-1的扫速下比电容为1461 F·g-1,在100 mV·s-1的扫速下比电容为682 F·g-1(容量保持率为47%),并且具有良好的循环稳定性。

关键词: 超级电容器 , 氢氧化镍 , 石墨烯 , 三维网络结构

单壁碳纳米管-DNA复合物的微观结构和电化学性质

杨鎏佺 , 向东亚 , 杨全红 , 赵琢

新型炭材料

对单壁碳纳米管-DNA复合物(SWCNT-DNA)的微观结构和电化学性质进行了研究.TEM观察表明:通过DNA辅助超声,绝大多数成束单壁管离散为单根分散的碳管.AFM结果进一步证明DNA均匀缠绕在单根离散的碳纳米管外壁,形成稳定的SWCNT-DNA复合物.这一自组装过程同时也是碳管的纯化过程,催化剂颗粒在超声过程中被除去.初步探讨了SWCNT-DNA复合物的电化学电容性质,结果显示:通过与单链DNA(ss-DNA)的杂化作用,SWCNTs的电化学性质得到改善.与SWCNTs相比,SWCNT-DNA复合物的比电容提高了117.9%.

关键词: 单壁碳纳米管 , DNA , 自组装 , 电化学性质

序

李峰 , 杨全红

新型炭材料

关键词:

硫化氢在ACF上吸附转化对ACF纳米孔空间结构的影响

杨全红 , 郑经堂 , 王茂章 , 张碧江

新型炭材料 doi:10.3969/j.issn.1007-8827.1999.03.005

PAN-ACF,H2S 的吸附转化过程涉及到ACF一个纳米孔体系改性的过程.在这个过程中,ACF的孔结构和微表面结构发生很大变化,而这种变化在350 ℃以下是不可逆的.孔结构的变化主要表现为极微孔孔容的下降;H2S的吸附转化产物较为稳定地吸存在微孔表面,微孔体系中原有的表面基团也发生较大变化.总之,H2S在ACF上吸附转化的结果是形成一个与常规ACF性质不同的纳米孔空间.

关键词: 活性炭纤维(ACF) , 硫化氢(H2S) , 吸附 , 极微孔 , 表面微结构

由不同碳源合成及制备纳米碳管的进展

王茂章 , 李峰 , 杨全红 , 成会明

新型炭材料 doi:10.3969/j.issn.1007-8827.2003.04.002

纳米碳管可通过石墨、煤炭及炭黑等高含碳固体物,甲烷、乙烯或苯之类的有机化合物,一氧化碳和碳化硅等含碳无机化合物的转化来制备,甚至还可由低分子芳烃化合物来逐级合成.根据各种不同碳源,按不同转化过程及制备方法进行了总结与归纳,期望能对纳米碳管的合成及制备有一总体理解;通过简要、系统地介绍各种转化过程及制备方法,并对其中一些有发展前途的方法特别是电弧法、激光烧蚀法及化学气相沉积法的最新改进和发展进行了考察,分析了这些方法的优缺点;最后概述了目前纳米碳管规模制备方法的进展情况.

关键词: 纳米碳管 , 合成 , 制备和过程 , 碳源

氧化石墨烯及其与聚合物的复合

杨永岗 , 陈成猛 , 温月芳 , 杨全红 , 王茂章

新型炭材料

石墨烯是单原子厚度的二维碳原子晶体,也是性能优异的新型纳米复合填料.近三年来,石墨烯从概念上的二维材料变成现实材料,在化学和物理学界均引起轰动.通过述评氧化石墨及氧化石墨烯的制备、结构、改性及其与聚合物的复合,展望了石墨烯及其复合材料的研究前景,认为通过机械剥离氧化石墨可规模化制备氧化石墨烯,进一步将其化学改性并制备复合材料已取得较大进展,这一途径被认为足石墨烯规模化应用的战略起点.

关键词: 石墨烯 , 氧化石墨 , 复合材料