电化学改性石墨和PAN基碳纤维的准电容特性与电催化作用
电化学改性石墨和PAN基碳纤维的准电容特性与电催化作
用
电化学改性石墨和PAN基碳纤维的准电容特性与电催化
作用
电化学改性石墨和 PAN 基碳纤维的
准电容特性与电催化作用
Electrocatalytic Performance and Pseudo-CapacitiveCharacteristics of Modified Graphite Electrodeand PAN-based Carbon Fiber Electrode 孙亚萍
徐海波高级工程师
全日制学术学位
海洋化学
海洋资源利用与保护化学
20135 29
谨以此文献给默默关心我的父母、导师以及
所有以海洋为毕生事业并为之奋斗的人们---------- 孙亚萍电化学改性石墨和PAN 基碳纤维的准电容特性与
电催化作用
摘要
在全球能源危机和环境污染的背景下, 各国政府对开发利用与能源有关的
关键科技都非常重视 ,各个国家大力发展清洁的、可再生的新能源以减少传统
能源。要大力发展新能源, 储能是关键。随着太阳能和风能等新型能源的应用,
研发新型、高效率、长寿命、低成本的储能技术的研究显得尤为重要。
本文主要采用恒电流阶跃活化的方法对石墨和聚丙烯腈 (PAN )基碳纤维
电极进行改性活化处理, 制备出高性能的碳电极材料。通过 SEM 、 XRD 、FT-IR 、
TGA 、XPS 和拉曼光谱等物理表征方法对改性前后这两种碳材料进行性能评价
测试,以及结合循环伏安、恒电流充放电等电化学手段来对其准电容性能以及
电催化性能进行研究。本文得出的结论主要有:
(1)两种碳材料经过活化改性以后,其表面都发生了不同程度的微晶化,
晶型受到破坏, 缺陷程度加深 , 形成乱层 ;而且活化改性以后, 表面都生成了
大量的含氧官能团 (羰基、醌基和羧基等 ) , 但不同的碳材料经过改性后所生
成的含氧官能团的种类及数量不同。PAN 基碳纤维电极经电化学改性处理后羟
基的量明显增加 ,而石墨电极经电化学改性处理以后羧基和羰基的量增加比较
明显。这些含氧官能团的增加使其电容量大幅提高。
3+ 2+
(2) 改性石墨电极对 H SO 溶液中的 Fe /Fe 电对具有明显的电催化活性
2 4
3+ 2+
和较高的准电容特性 , 其表观面积比电容是不含 Fe /Fe 的空白硫酸溶液的
-2
1.808 倍, 达到
2.157 F? cm 。而且, 增大铁离子浓度能够进一步提高其电容量。
3+ 2+
加入 Fe /Fe 电对使得充放电曲线出现对称的缓充缓放现象,大大增加了其充放电时间,有效地提高了 EC 的电容存储容量。
4+ 3+
(3)通过比较石墨和 PAN 基碳纤维这两种电极在改性前后对 Ti / Ti 、
3+ 2+ 5+ 4+
Fe /Fe 、V / V 这三种典型的氧化还原型离子电偶对的电化学测试,可以得出, 石墨电极和 PAN 基碳纤维电极改性后都具有很好的准电容特性, 但其电催
化性能却不同。改性石墨电极对这些电偶对具有更好的电催化性能, 而改性 PAN
I基碳纤维电极中含有的氮会对电偶对的催化起到毒副作用。 XPS 数据分
析得出,
不同的含氧官能团对三种不同氧化还原电位的阳离子电偶对具有电催化选择
性,羟基官能团对氧化还原电位较负的阳离子电偶对具有催化活性;羰基官能
团对氧化还原电位处于中间的阳离子电偶对的催化活性有利; 而羧基
官能团对
氧化还原电位较正的阳离子电偶对的催化活性更优。
关键词: 电化学电容器;氧化还原液流电池; 电催化;准电容;含氧官能团
IIElectrocatalytic Performance and Pseudo-Capacitive
Characteristics of Modified Graphite Electrodeand PAN-based Carbon Fiber Electrode
Abstract
Faced with the global energy crisis and environmental pollution, all governments pay much attention to the development and utilization of key
technology related with energy. Clean renewable energy is widely developed to
reduce the traditional fuel, and the energy storage becomes an
important factor With
the application of solar , wind and other new sources of energy, the investigation on
the new, high efficiency, long life and low cost of energy storage technology seems
particularly important
In this paper, the graphite and PAN-based carbon fiber electrode were modified
using recurrent galvanic pulses technique and the activated carbon electrodes with
high performance were prepared therefore. Furthermore, the surface structure and
properties of both activated carbon electrodes were evaluated by scanning electron
microscope SEM, X-ray diffraction XRD, Raman spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy FT-IR, thermogravimetry and X-ray photoelectron
spectroscopy XPS. The capacitive and electrocatalytic performance of both
activated carbon electrodes was tested by electrochemical measurements such as
constant current charge-discharge, cyclic voltammogram CV, etc. In this paper, the
results were obtained as following:
1 After modification, the surface of both carbon materials presented
crystallization with different degree and more defects appeared. The number of
active sites corresponding to the oxygen-containing functional
groups hydroxyl,
carbonyl and carboxyl groups, etc. significantly increased; however, the species and
amount of oxygen-containing functional groups were different for
both carbonIIImaterials, more hydroxyl groups were obtained on PAN-based carbon fiber electrode
and more carboxyl and carbonyl groups were obtained on graphite electrode
2 The MGEmodified graphite electrode had high electrocatalytic activity
3+ 2+
and good reversible characteristics for the redox reaction of Fe /Fe because of a
large quantity of oxygen-containing functional groups on the MGE surface. The
-1
apparent area-specific capacitance of the MGE in 2.0 mol? L H SO solution
2 4
-1 3 + -1 2+ -2
containing 0.5 mol? L Fe and 0.5 mol? L Fe reached 2.157 F? cm , which was
-1 3+ 2+
almost double that in 2.0 mol? L H SO without Fe /FeMeanwhile, increasing
2 4
the concentration of iron ions increased the capacitance of the MGE. The addition of
3+ 2+
Fe /Fe made the charge-discharge curves more symmetric and change more
slowly, which increases the charge-discharge time, and effectively improves the
capacitive energy storage and high power performance for an electrochemical
capacitor EC4+ 3+ 3+ 2+
3 By comparison of the electrochemical performance for Ti / Ti , Fe /Fe ,
5+ 4+
V / V , these results can be obtained: after modification, good pseudocapacitance
characteristics appeared on graphite electrode and PAN-based carbon fiber electrode,
but their electrocatalytic performance is different. MGE had better electrocatalytic
performance and the modified PAN-based carbon fiber electrode showed some side
effects related with nitrogen. By XPS, different oxygen functional groups had
different catalytic effects for these redox cation couples. Hydroxyl groups showed
better catalytic activity at more negative redox potential, carbonyl groups were better
at the middle of redox potential, and carboxyl groups were better at more positive
redox potentialKey words: electrochemical capacitor; Redox flow battery; electrocatalysis;
pseudo-capacitance; oxygen-containing functional groups IV目录
摘要. I
AbstractIII
第一章文献综述 1
1.1 前言1
1.2 超级电容器概述 2
1.2.1 超级电容器分类 2
1.2.2 超级电容器的研究进展 3 1.2.3 超级电容器的特点及应用3 1.3 液流电池概述. 4
1.3.1 液流电池的研究进展. 4 1.3.2 液流电池的特点及应用前景. 5 1.4 碳材料表面改性 5
1.4.1 气相氧化法. 6
1.4.2 液相氧化法. 6
1.4.3 阳极电解氧化法 7
1.4.4 等离子氧化法. 8
1.4.5 微波氧化法. 9
1.5 改性碳材料的准电容特性. 9 1.6 改性碳材料的电催化特性11 1.7 选题目的、意义及主要内容.12 1.7.1 选题目的及意义12
1.7.2 研究的主要内容..13 1.7.3 创新点..13
第二章电化学改性石墨与 PAN 基碳纤维电极的制备、表征及电化学性能
测试14
2.1 引言.14
2.2 实验部分..14
2.2.1 实验试剂及仪器..14
2.2.2 改性石墨电极和改性碳纤维电极的制备..15 2.2.3 样品的物理表
征..16
2.2.3 电化学性能测试..16
2.3 结果与讨论.17
2.3.1 物理表征.17
2.3.2 电化学性能测试27
2.4 本章小结..34
3+ 2+
第三章改性石墨电极对 Fe /Fe 的电催化性能与准电容特性..35
3.1 引言.35
3.2 实验部分..36
3.2.1 实验试剂及仪器36
3.2.2 改性石墨电极的制备及物理表征..36 3+ 2+
3.2.3 改性石墨电极对 Fe /Fe 的电化学性能测试.36 3.3 结果与讨论.36
3.3.1 循环伏安测试3613.3.2 恒电流充放电测试.41 3.3.3 电化学阻抗谱42
3. 4 本章小结.43
第四章两种改性碳材料对三种不同氧化还原型阳离子的电催化性能对
比.45
4.1 引言.45
4.2 实验部分..46
4.2.1 实验试剂及仪器..46
4.2.2 改性石墨电极和改性碳纤维电极的制备及 XPS 表征.46 4+ 3+ 3+ 2+
4.2.3 改性石墨电极和改性 PAN 基碳纤维电极对 Ti / Ti 、Fe /Fe 、 5+ 4+
V / V 离子对的电化学性能测试.46
4.3 结果与讨论.47
4.4 本章小结..52
第五章总结论.54
参考文献55
致谢.63
个人简历64
发表的学术论文.65 2 电化学改性石墨和 PAN 基碳纤维的准电容
特性与电催化作用
第一章文献综述
1.1 前言
在全球能源危机和环境污染的背景下, 各国政府对开发利用与能源有关
的
关键科技都非常重视 ,各个国家大力发展清洁的、可再生的新能源以减少传统
能源的使用及减缓日益严重的环境污染。《国民经济和社会发展第十二个五年
规划纲要》提出 :要运用现代化高科技手段, 大力发展高端装备制造、节能环
保、新材料、新能源汽车等新型环保产业链。要大力发展新能源, 储能是关键。
[1]
储能技术主要包括物理储能和化学储能两种 , 前者主要有压缩空气储能和扬
水储能等,后者主要包括金属空气电池、钠硫电池、氧化还原液流电池、铅酸
蓄电池和二次电池等。随着太阳能和风能等新型能源的应用,研发新型、高效
率、长寿命、低成本的储能技术的研究显得尤为重要。超级电容器(又称电化学电容器) ,作为一种新型的、特殊的储能装置,
[2]
其各项功能特性介于传统电容器与电池之间。超级电容器与单纯的电池和电
容器相比,有许多优异的特性 ,可以部分或全部代替化学电池用于作为启动电
源和牵引电源用于各种车辆等。其具有充放电时间短、充放电电流大、功率密
度高、循环寿命长 (几万至几十万次) 、无污染等许多突出的优点, 近年来在众
[3]
多领域引起了广泛的关注 ,世界各国都不遗余力地对超级电容器进行研究与
开发。在我国如果能够做到大量推广使用超级电容器,就能够有效解决铅酸电
池污染和城市尾气污染;减少石油消耗从而减少石油进口;解决汽车的低温启
动问题。
氧化还原液流电池 (又称再生燃料电池) , 作为一种可充电的燃料电池, 被
[4]
认为是一种新型电化学储能装置。与常规电池相比, 氧化还原液流电池具有
工作原理简单、较长的使用寿命、可进行快速充电、电池结构紧凑、功率和容
量相对独立、容易安装、易于维护、安全可靠等优点。作为新型的蓄电储能系
统的氧化还原液流电池,既可以用来作为配套储能装置用在可再生能源发电系
统,也可以用作保障电网安全的调峰装置 ,而且其在运用过程中不受地理条件
的限制。在这个能源紧缺的状况下,氧化还原液流电池的出现引起了世界各国
1 电化学改性石墨和 PAN 基碳纤维的准电容特性与电催化作用
的高度关注,从 70 年代研究以来,得到迅速的发展。
1.2 超级电容器概述
超级电容器,通常也称为电化学电容器以及超大容量电容器等 ,是一种新型的储能装置。超级电容器具有化学电源和传统静电电容器所不可兼具的特性,
它的出现填补了二者之间的空白。
1.2.1 超级电容器分类
目前国际上将超级电容器按照存储电能的机理不同分为以下三大类:
(1) 双电层电容器 (Electric double layer capacitor, EDLC ) , 这类电容器是
[5]
依靠电极与电解液之间形成的界面双电层电容来存储能量。在储能过程中不会发生电化学反应,只是通过电解质溶液的电化学极化来达到储能的效果,所以整个储能过程都是可逆的。双电层电容器电容量的大小是与双电层上分离电荷的数量有关的,因此对电容量的影响其主要作用的是电解质和电极材料,且电极材料的作用最大,所以对电极材料的研究更多些。双电层电容器主要使用活性碳粉末、活性炭纤维、碳气凝胶、碳纳米管等这种具有较高的比表面积、较稳定的化学性质且价格比较便宜的多孔碳材料作为电极材料。其比表面积可
2 -1
以达到 1000-3000 m ?g 。
(2)赝电容器Pesudo-capacitor ,也叫法拉第准电容器,电活性物质在电
极表面或体相中进行欠电位沉积, 发生高度可逆的化学吸附/ 脱附或氧化/ 还原反
[6,7]
应, 产生与电极充电电位有关的电容。赝电容的贮能机制是一个法拉第过程,
而且它是间断性的产生法拉第电流,不同于常规的法拉第过程。对于氧化还原
型电容器来说, 由于其反应在体相中进行 ,所以其可实现相当可观的最大
容量
值。在电极的重量以及电极的体积都确定的前提下,赝电容器的比电容量大约
[8]
是 10-100 倍双电层电容器的比电容量。赝电容器通常使用导电聚合物和贵金
属氧化物来作为电极材料,而金属氧化物制成赝电容器是最为典型的,如
无定
-1 [9]
形水化钉产生的膺电容比电容可高达 720 F? g 。
(3) 混合电容器, 又称作非对称性电化学超级电容器, 它是前两种电容器
的结合, 电容器的一极为法拉第准 (赝) 电容电极, 另外一极则为双电层电极,
2 电化学改性石墨和 PAN 基碳纤维的准电容特性与电催化作用
通过一定的设计组合起来,综合了上述两种电容器的优点。这两种电极材料的
结合会产生更高的工作电压, 使得电解液可以在更高的外部电压下不分解,可
以提高能量密度和功率密度。正负两个电极所使用的材料是决定混合电
容器性
能的关键性因素之一,目前人们研究的混合电容器的体系主要有以下三种:炭
[10]
材料/ 氧化物体系、聚合物/ 炭材料体系、锂钛氧化合物/ 活性炭体系等。电池
电极材料是决定混合型超级电容器的充放电速度、循环寿命、功率密度等的关
键因素,从目前来看,将不同高性能的材料有效结合的混合型超级电容器正逐
步成为电容器研究的热点。
1.2.2 超级电容器的研究进展
[11] [12]
1879 年 Helmholz 最早发现超级电容器的储能机理 ,而是由 Becker 在
1957 年最先将这个储能原理应用于物质表面的大量储能。 1969 年美国标准石油
公司(SOHIO )将高的比表面积的碳材料首次用作双电层电容器的电极材料。
[13]
20 世纪 70 年代末 ,Conway 提出了一种新的电容器类型“准电容” 体系。从
1979 年开始,日本 NEC 公司将以“Supercapacitor ”为商标的电容器实现了大
量商业化生产应用,从而引起了世界各国的广泛关注。而我国学者对电容器的
研究比较晚,从 20 世纪 80 年代才开始对双电层电容器进行研究,20 世纪90
年代后期才对超级电容器开始研究。
1.2.3 超级电容器的特点及应用
超级电容器的性能介于传统电容器和电池之间, 所以其兼具了二者的优点, 由于其储能机理的不同,决定了超级电容器的发展趋势是用来取代或部分取代
传统电池。与二者相比,其具有以下各项优点:
(1) 具有非常高的能量密度。目前研究的最大容量的单体超级电容器其能
量密
度可达到 5000F 。大约为传统物理学电容器储能量的 100 倍;
(2) 具有非常高的功率密度。电化学电容器可以达到电池功率密度的 10?100
倍;
(3) 充放电寿命长。可达十万以及上百万次, 而一般的蓄电池充放电次数一
般
不会超过 1000 次;3 电化学改性石墨和 PAN 基碳纤维的准电容特性
与电催化作用
(4) 大电流充放电, 充电时间短。由于电化学电容器是由电极物质表面发生快
速、可逆的电化学过程或双电层充放电的物理过程,在几分钟甚至几秒钟就可
以完成全充电, 所以可以适于大电流充放电。而在这么短的时间内让普通的蓄
电池来完成快速充电那是相当危险的、也是几乎不可能实现的;
(5) 使用温度范围宽。环境温度对正常使用影响不大, 在-35?75 ?范围之间,
一般的电容器都可以正常的工作;
(6) 存储时间长, 免维护。电化学电容器的可逆性好, 在长时间放置后通过充
电即可恢复到原来的性能指标 ,而且在使用及放置过程中否不需要人员进
行维
护;
(7) 安全环保。一般商业化的超级电容器都是使用对环境友好型的碳材料作
为
电极材料,有机溶液作为电解液,不会造成重金属污染等问题。1.3 液流电池概
述
液流电池,又称氧化还原液流电池(Redox flow cell ) ,是指将以电解质溶
液形态存在的正负极活性物质分别装在两个储液罐中,分别使用一个送液
泵将
溶液循环流过电池, 在离子交换膜隔开的电池两侧分别发生氧化还原反应, 从
而
来进行电化学储能的一种装置。氧化还原液流电池在整个反应中不会涉
及到固
态反应,不会发生类似的电极物质结构形态的变化,而且具体使用寿命
长、价
格低廉、操作和维修费用低、可靠安全、建设周期短等优点,这与其他常
规的
蓄电池相比具有非常明显的优势。
1.3.1 液流电池的研究进展
[14,15]
液流电池最早是由 Thaller L. H. 于 1974 年提出并发表了专利申请 ,由
[16]
美国航空航天局NASA 资助设计的。在众多液流电池中, NASA 最先对 Cr-Fe
[17]
电池进行了研究 ,在随后一段时期内得到了很大的发展,但是由于在隔膜选择上很难做到消除 Fe 和 Cr 的相互污染问题, 而且 Cr 半电池本身的可逆性也很
差,在经过大量的改进研究后还是达不到很好的性能,最终未能实现实用化。
后来人们发现单一金属溶液作为液流电池的电解质时,效果会明显变好,为此
[18, 19] [20]
人们将目标转向了单一金属溶液,主要有三大类系:V 系、Cr 系和 Co
4 电化学改性石墨和 PAN 基碳纤维的准电容特性与电催化作用
[21]
系 , 其中研究最多、性能最好的是以 V 溶液为电解质溶液的氧化还原液流电
池。
1.3.2 液流电池的特点及应用前景
液流电池外接负载和电源, 系统的功率是由整个液流电池的面积以及电池堆的节数来决定 ,而且电解液储液罐和电池组是可以分开存放的 ,整个设计比
[22-24]
较灵活且易于调控,可以因地制宜安排相对位置及模块组合。
它作为一种优秀的储能系统,具有如下的特点:
(1) 额定功率和额定容量是独立的。液流电池的功率大小是由电池堆来决定
的,而容量大小则是取决于电解液。因此为了达到增加液流电池容量的目的可
以通过提高电解液的浓度或增加电解液的量;
(2) 液流电池在充放电期间只发生液相反应 ,不会像普通电池那样,在充放
电期间发生复杂的固相变化,所以电化学极化比较小;
(3) 电池的理论保存期无限,储存寿命长。液流电池在不使用时电解液是分
别存放在两个隔开且密闭的储存罐里,只有在使用时电解液才是循环
导通的,
所以不会发生类似于普通电池那样的电解液变质以及自放电现象;
(4)能 100% 深度放电但不会损坏电池;
(5) 液流电池结构比较简单,所用的材料价格也比较便宜,使得其维修费用
及更换费用都比较低;
(6)通过更换液流电池的电解液,可实现“瞬间再充电” ;
(7) 浓差极化很小, 因为正负极活性物质以及电解液在电池工作时是循环流动
的。1.4 碳材料表面改性
碳材料是最早被用来制造超级电容器的电极材料, 由于碳材料具有高的比表面积、化学性能稳定、导电性好、原料丰富且价格低廉、易成型而且工艺较成熟
等,从1954 年Beck发表的相关专利以来一直广泛应用于超级电容器的电极材料,
至今已经有半个世纪的发展历史了。在早起研究中大多数人们认为碳材料的比电
容是由其比表面积的大小决定的, 比表面积越大, 电容量就会越大, 但大多数碳
5 电化学改性石墨和 PAN 基碳纤维的准电容特性与电催化作用
材料的比电容的增加与其比表面积的增加并不是呈线性相关的。高比表面的碳材
料虽然具有较大的比表面积, 但实际利用率并不高, 这是由于比表面积并不是决
定碳材料双电层电容的唯一因素, 碳材料的孔结构、孔径分布、导电率以及表面
含氧官能团等都会影响碳材料的双电层电容。此外, 由于碳材料表面具有剩
余的
悬键,通过吸附或物理化学处理等方法非常容易在其表面形成一些含氧官能团, 如羧基、羰基、醌、氢醌、酚基、内酯基、氢键、游离基等。当碳材料表面含有
这些官能团时, 第一, 可以提高电解液在碳材料表面的浸润性, 从而达到提高碳
材料的比表面积利用率; 第二, 可以在特定的电位下发生可逆的氧化还原反应来
产生相应的赝电容, 提高超级电容器的性能。因此, 针对不同碳材料的表面改性
工作大量开展起来。
1.4.1 气相氧化法
气相氧化法及热处理法,是将碳材料在还有氧化性的空气、水蒸气或 CO
2
关于石墨烯电池的调研报告范文
关于石墨烯电池的调研报告 0引言 《世界报》的一则关于西班牙Graphenano 公司同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池的消息，引起了世界各地的转发与评论，该消息称石墨烯聚合材料电池能够提给电动车1000公里的续航能力，而其充电时间不到8分钟。为调查此消息的真实性与石墨烯聚合材料电池的可行性，于是检索、收集了大量的资料，并总结做出了自己的调查结果。 1石墨烯简介 石墨烯（Graphene ）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈?海姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因「在二维石墨烯材料的开创性实验」为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达K m W ?/5300，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过s V cm ?/215000，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约m ?Ω-810，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。 特斯拉CEO 马斯克近目在接受英国汽车杂志采访时表示，正在研究高性能电池，特斯拉电动车的续行里程很快将能达到800公里，比目前增长近70％。其表示，特斯拉始终致力于打造纯电动汽车，将继续革新电池技术，不考虑造混合动力车。特斯拉Model3电动汽车的续行里程有望达N320公里，售价约为3.5万美元。[]《功能材料信息》 2014年第11卷第4期 56-56页据悉，石墨烯兼具高强度、高导电性、柔韧性等优点，应用于锂电池负极材料后，可大幅度提高其电容量和大倍率充放电性能 ，或成特斯拉电池的理想材料。 特斯拉研究高能电池石墨烯或为理想材料 这项新技术的核心在于，新型多孔石墨烯材料含有巨大的内部表面区域，因此能实现在极短时间内充电。所充电能量与普通锂电池的电能量相当。更重要的是，石墨烯电池电极在经过1万次充放电之后。能量密度并未出现明显损失。 这种多孔石墨烯材料的超级电容，还可以为电动车节省大量的能量"如今，电动车的电能浪费现象仍旧普遍存在" 1新闻方面 首先，我从网上搜索了相关的新闻，包括ZOL 新闻中心科技频道的“石墨烯电池或将引领改革：充电10分钟跑1000公里”说道“这项突破性研究，为人类认知石墨烯等材料特性带来全新发现，并有望为燃料电池和氢相关技术领域带来革命性的进步”；21世纪经济报道的“中国2015年量产石墨烯锂电池或颠覆电动车行业”说道“2014年12月初，西方媒体报
石墨烯作为锂电池负极材料前景渺茫
石墨烯用作锂电负极产业化前景渺茫 2015-06-26 作者： 自从英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)二人因为“二维石墨烯材料的开创性实验”共同获得2010年诺贝尔物理学奖之后，任何与石墨烯有关的新闻或者研究成果都受到了人们极大的关注。最近两年，石墨烯相关“产业”在国内也是如火如荼，与石墨烯有关的数十支概念股一再被爆炒。 国际上当然也没闲着，比如一则轰动性的新闻报道宣称：西班牙Graphenano公司(一家工业规模生产石墨烯的公司)同西班牙科尔瓦多大学合作研究出全球首个石墨烯聚合材料电池，储电量是目前市场最好产品的3倍，用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而充电时间不到8分钟。 Graphenano公司相关负责人称，虽然此电池具有各种优良的性能，但成本并不高，该电池的成本将比一般锂离子电池低77%，完全在消费者承受范围之内。 这则消息在国内被很多媒体转载报道，在新能源汽车界和锂电界引起了很大反响。最近有不少朋友询问笔者：“会做石墨烯电池吗?石墨烯电池前景如何?什么时候量产?”笔者相信，很多锂电界同仁也有类似的问题。并不是所有人都有电化学或者材料学背景，关注石墨烯电池也可能是出于不同目的，所以他们都不会问一个最基本的问题：什么是石墨烯电池? 在本文中，笔者希望能够揭开笼罩在石墨烯电池上面的神秘面纱，让大家真正了解石墨烯在电化学储能方面的应用价值，而不是被一些非专业的记者或者炒作者蒙蔽，即便真相也许并不是那么鼓舞人心。 什么是石墨烯?先来看看维基百科的定义：“石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道?成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一??碳原子厚度的二?材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它?缀跏峭耆?该鞯模?晃??.3%的光;导热系?蹈哌_5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-8俜m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。”
水热合成Fe2O3石墨烯纳米复合材料及其电化学性能研究
常熟理工学院学报（自然科学）Journal of Changshu Institute Technology （Natural Sciences ）第26卷第10Vol.26No.102012年10月Oct.,2012 收稿日期：2012-09-05 作者简介：季红梅（1982—），女，江苏启东人，讲师，工学硕士，研究方向：无机功能材料．水热合成Fe 2O 3/石墨烯纳米 复合材料及其电化学性能研究 季红梅1，于湧涛2，王露1，王静1，杨刚1 （1.常熟理工学院化学与材料工程学院，江苏常熟215500；2.吉林石化公司研究院，吉林吉林132021） 摘要：利用水热法成功合成了Fe 2O 3/石墨烯（RGO ）锂离子电池负极材料.导电性能良好的石墨烯网络起到连接导电性能极差的Fe 2O 3和集流体的作用.电化学性能测试表明，180℃下得到的 Fe 2O 3/RGO 具有良好的比容量和循环稳定性.在不同倍率充放电过程中，初始放电比容量为1023.6mAh/g （电流密度为40mA/g ），电流密度增加到800mA/g 时，放电比容量维持在406.6 mAh/g ，大于石墨的理论放电比容量~372mAh/g.在其他较高的电流密度下比容量均保持基本不变.该Fe 2O 3/RGO 有望成为高容量、低成本、低毒性的新一代锂离子电池负极材料.关键词：Fe 2O 3；石墨烯；负极材料中图分类号：TM911文献标识码：A 文章编号：1008-2794（2012）10-0055-05 自从P.Poizot [1]等报道过渡金属氧化物可以作为锂离子电池负极材料这一研究后，金属氧化物负极便逐渐引起人们的重视.铁的氧化物具有比容量大、倍率性能好和安全性能高等优点，且原料来源丰富、价格低廉、环境友好，因此是一类很有发展潜力的动力锂离子电池负极材料.Fe 2O 3作为一种常温下最稳定的铁氧化合物，理论容量为1005mAh/g ，远高于石墨类材料的理论比容量，已经成为锂离子电池负极材料的一个研究热点.近年来，石墨烯由于其高的电传导性，大的比表面积，良好的化学稳定性和柔韧性而被尝试用于与活性锂离子电池负极材料复合，提升材料的电化学性能.比如，Cui Y [2]课题组在溶剂热条件下两步法得到Mn 3O 4与石墨烯的复合材料，改善了Mn 3O 4的比容量和循环性能.Co 3O 4，Fe 3O 4等金属氧化物材料与石墨烯复合也有被研究，本课题组在石墨烯和金属氧化物材料复合方面也做了大量的工作[3].本文通过水热法一步合成Fe 2O 3/石墨烯纳米复合材料，并研究了其电化学性能，合成过程中采用三乙烯二胺提供反应的碱性环境，并控制Fe 2O 3的粒子生长.1 实验 1.1试剂和仪器 三乙烯二胺（C 6H 12N 2）；无水三氯化铁（FeCl 3）；石墨；硝酸钠（NaNO 3）；浓硫酸（H 2SO 4）；高锰酸钾（KMnO 4）；双氧水（H 2O 2）和盐酸（HCl ），以上试剂均为分析纯.实验用水为去离子水.日本理学H-600型透射电子显微镜；日本理学D/max2200PC 型X 射线衍射仪；德国Bruker Vector 22红外光谱仪；日本JEOL-2000CX 透射电镜；美国Thermo Scientific Escalab 250Xi 光电子能谱仪；LAND 电池
碳纤维表面改性研究进展(1).pdf
２０１５年３月化学研究１１１第２６卷第２期 CHEM ICAL RESEARCH http ：／／hxya cbpt． cnki． net． 碳纤维表面改性研究进展 刘保英１，２，王孝军３，杨杰１，３倡，丁涛２倡（１．四川大学高分子科学与工程学院，四川成都６１００６５；２．河南大学化学化工学院，河南开封４７５０ ０４；３．四川大学分析测试中心，四川成都６１００６４） 摘要：碳纤维因其优异的综合性能常被用作树脂基体的增强材料．然而由于碳纤维与树脂基体之间的界面结合性能较差，其增强的复合材料的力学性能往往与理论值相差甚远，因此必须对碳纤维进行表面改性，以提高其与聚合物基体的界面粘结性能．本文作者综述了国内外关于碳纤维表面改性技术的研究进展，概述了涂层法、氧化法、高能辐射法等改性方法对碳纤维增强复合材料界面强度的改性效果． 关键词：碳纤维；表面改性；研究进展 中图分类号：O６４文献标志码：A文章编号：１００８－１０１１（２０１５）０２－０１１１－１０Research progress of surface modification of carbon fiber LIU Baoying１,２ , WANG Xiaojun３ , YANG Jie１,３倡 , DING Tao２倡 ( １ . Colle ge o f Poly mer Science & Engineering , Sichuan Universit y , Cheng du ６１００６５ , Sichuan , China ; ２ . Colle ge o f Che m istr y and Che m ical Engineering , H enan University , K ai f eng ４７５００４ , H enan , China ; ３ . A naly tical & Testing Center , Sichuan University , Cheng du ６１００６４ , Sichuan , China) Abstract : Carbon fiber （CF） has been widely used as a reinforcement of polymer composite due to its excellent comprehensive performance ．However ，the strength of CF reinforced resin ma‐ trix composite is always much lower than the theoretically predicted value due to smooth sur ‐face and chemical inertness of carbon fiber w hich lead to a poor interface between CF and res ‐ ins ．Thus ，the research on surface modification of carbon fiber is very important in the compos ‐ ites applications ．This article presents an overview of some surface modification methods of CF ，such as coating method ，oxidation process and high‐energy radiation treatment ，and intro‐ duces the modified effect of each method on the interfacial strength of carbon fiber reinforced polymer composite ． Keywords ：carbon fiber ；surface modification ；research progress 碳纤维（CF）以其高比强度、高比模量、小的线膨胀系数、低密度、耐高温、抗腐蚀、优异的热及电传导性等特点，被称为新材料之王，常用作高性能树脂基复合材料的增强材料，广泛应用于飞机制造、国防军工、汽车、医疗器械、体育器材等方面［１－２］．工业化 收稿日期：２０１４－０９－１５． 基金项目：河南省教育厅科学技术研究重点项目（１４A４３００４２）．作者简介：刘保英（１９８６－），女，讲师，研究方向为聚合物基复合材料改性研究倡通讯联系人 E mail ppsf scu edu cn ．，‐ ：＠．．，dingtao ＠ henu edu． cn．．生产的碳纤维按前驱体原料的不同可以分为：聚丙烯腈基（PAN‐based）、黏胶基、沥青基碳纤维和气相生长碳纤维［２－６］．与另外３种碳纤维相比，PAN基 碳纤维生产工艺简单，产品力学性能优异，产量约占全球碳纤维总产量的９０％以上［５］．自１９６２年问世以来，PAN基碳纤维取得了长足的发展，成为碳纤维工业生产的主流［７］． 由于碳纤维原丝表面由大量惰性石墨微晶堆砌而成，所以原丝表面呈非极性［８－９］，表面能小，与树脂基体的浸润性差，界面结合性能差．此外，高性能 DOI ：１０１４００２／．j hxya．２０１５．０２．００１．｜化学研究，２０１５，２６（２）：１１１－１２０
电化学法制备石墨烯及其导电特性
Vol.33高等学校化学学报No.82012年8月 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 1804~1808电化学法制备石墨烯及其导电特性 朱龙秀,李英芝,赵 昕,张清华 (东华大学材料科学与工程学院,纤维材料改性国家重点实验室,上海200051) 摘要 采用电化学方法将石墨层电解剥离,得到分散于电解质溶液的结构较为完整的石墨烯.用透射电子显微镜和拉曼光谱分析了石墨烯的形貌和结构,利用四探针法测定了石墨烯导电特性.实验数据和理论拟合结果表明,当100K https://www.wendangku.net/doc/9016660356.html,锦生炭素 石墨烯修饰电极的电化学性能 石墨烯(Graphene)是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料,是构建零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨等其他碳质材料的基本单元,具有许多优异而独特的物理、化学和机械性能,在微纳电子器件、光电子器件、新型复合材料以及传感材料等方面有着广泛的应用前景,基于石墨烯的相关研究也成为目前电化学领域的热点研究领域之一。 本论文围绕石墨烯的不同修饰电极条件,结合电化学基础研究,开展了石墨烯及其相关的电化学性能研究。具体内容归纳如下: (1)将石墨烯与具有良好导电性能的聚苯胺(PANI)复合,研究了石墨烯/聚苯胺复合物修饰电极的电化学性能。利用石墨烯与聚苯胺之间电子给体与电子受体的相互作用,实现了聚苯胺在中性甚至强碱性溶液中的电化学活性,并利用红外光谱、拉曼光谱和紫外光谱进行了可能的机理探讨。石墨烯/聚苯胺复合物材料在中性溶液里的电化学活性,在生物传感领域具有可能的应用空间;同时,在不同pH 溶液里的电化学活性也为石墨烯/聚苯胺复合物材料在pH传感中提供了可能的应用空间。 (2)将石墨烯与具有电绝缘性能的凡士林混合,研究了石墨烯/凡士林膜电极的电化学性能。循环伏安测试表明:采用10.0 mg/mL、5.0 mg/mL和1.0 mg/mL的石墨烯/凡士林修饰电极可以依次得到常规尺寸电极、亚微尺寸电极和微尺寸的纳米电极阵列,并且通过简单混合所制备的石墨烯/凡士林膜电极具有良好的电化学活性和稳定性。作为新型碳材料的膜电极,石墨烯/凡士林膜电极在基础电化学研究和应用中具有一定的潜在价值。 (3)将石墨烯组装在具有完全电绝缘性能的硫醇自组装膜电极上,研究了石墨烯/硫醇自组装膜电极的电化学性能。交流阻抗数据表明,随着组装时间的增加,石墨烯/硫醇自组装膜电极的电化学阻抗逐渐降低,表明石墨烯在硫醇自组装膜上是一个可控的组装过程。循环伏安测试还表明,石墨烯的组装时间是120 min和5 min时,可以分别得到常规尺寸和微尺寸纳米电极阵列的石墨烯/硫醇自组装膜电极,而且对抗坏血酸、多巴胺、尿酸具有较好的电催化活性。同时,为了探讨可能的实验机理,我们讨论了电子传递的可能原因以及影响自组装膜电极双电层结构的两个因素。结果表明随着硫醇中碳链长度的增加,电子传递速率逐渐降低,氧化还原峰电位的差值逐渐增大;不同碳材料的电子转移速率呈现为:石墨烯>多孔碳>石墨。这种采用简单而有效的方法制备的石墨烯/硫醇自组装膜电极,在电化学理论研究和实际应用中具有较好的前景。 超级电容器是一种绿色、新型的储能元件,由于其高效、无污染的优良特性,符合“低碳”经济的发展要求,受到了人们的高度重视。超级电容器的核心是电极材料。 新兴的石墨烯二维单层原子碳材料因具有大的比表面积、优异的导电性、高的机械强度,被认为是理想的超级电容器电极材料。化学方法制备的氧化石墨烯具有良好的成膜性,可用于制备“石墨烯纸”并进而应用于无支撑电极。 此外,氧化石墨烯上丰富的含氧官能团可用于锚定金属纳米粒子,形成石墨烯复合材料。本论文围绕石墨烯薄膜制备、修饰和电化学电容性质开展研究工作,发展了石墨烯/碳纳米管复合薄膜的溶液铸造制备方法,提出了水热还原制备石墨烯基复合薄膜的途径,并研究了所制备材料的电容性能,取得了 洛阳理工学院毕业设计（论文） 题目电化学法处理生活污水的性能研究 姓名杨振宇 系（部）环境工程与化学系 专业环境工程 指导教师吴长航 2013 年 6 月 2 日 电化学法处理生活污水性能的研究 摘要 鉴于生活污水处理存在设备复杂、残留物浓度过高等问题，采用电化学法对生活污水进行试验研究，分析了电化学法在水处理中的反应原理，以及其具有操作简单、自动化性强、环境兼容性好等优点。实验以IrO2 - Pt / Ti惰性电极为阳极，铜片为阴极，分别考察了电流密度、极板间距、氯离子浓度对污水中氨氮去除率的影响。实验得出当电流密度为30 mA/cm2，极板间距为2 cm，氯离子浓度为200mg/L时为最佳去除工况，这时氨氮的去除率最高，达到了国家要求的生活污水二级排放标准。同时提出了电化学法处理生活污水还需要解决能耗大、工业化应用等问题。 关键词：电化学法，生活污水，去除率，氨氮 The Research on Electrochemical Treatment of Sewage ABSTRACT According to the problem that the sewage treatment equipment complex and residue concentration is too high, experimental study of the sewage by electrochemical method, and analyzes the principle of electrochemical reaction in water treatment, and it has simple operation, automatic strong sex, as well as good environmental compatibility. As IrO2-Pt / Ti inert electrode is for anode, copper cathode, respectively investigates the current density, plate spacing, the chloride ion concentration of ammonia nitrogen removal rate in wastewater. Experiment when the current density of 30 mA/cm2, plate spacing is 2 cm, the chloride ion concentration of 200 mg/L when is the best working condition of removing, then ammonia nitrogen removal rate is highest, up to the national request of sewage secondary emission standards. Proposed the electrochemical method deal with sewage also need to solve the problem of large energy consumption, industrial application, etc. KEY WORDS: Electrochemical method, Sewage, Removal, NH4-N 学院：材料科学与工程学院 研究方向：炭纤维及复合材料题目：炭纤维表面处理研究进展 炭纤维表面处理研究进展 摘要：本文简单介绍了炭纤维的表面性质，比如比表面积、粗糙度、表面化学结构、表面的润湿性，并针对国内外对炭纤维进行表面处理的气相氧化法、液相氧化法、电化学氧化法等方法进行论述，以及SEM、TMA、ILSS、XPS等表征手段进行分析，由于界面表征手段的多样性，和界面作为另一新相的特点，对未来研究工作的研究重点进行论述。 关键词：炭纤维；表面处理；表征方法；复合材料 1. 前言 ℃） —1400℃） 2000—3000℃）上图为制取沥青基炭纤维的整个过程，但是炭纤维一般很少直接 应用，大多是经过深加工制成中间产物或复合材料使用，由于在高温惰性气体中炭化处理，随着非碳元素的逸走和碳的富集，使其表面活性降低，表面张力降低，与基体的润湿性变差。此外，为了提高炭纤维的拉伸强度应尽可能的减少表面缺陷，因此比表面积也较小，一般不超过1㎡/g。这样平滑的表面与基体的锚定效应也较差，导致复合材料的层间剪切强度的降低，达不到实用设计的要求，为使炭纤维表面由增液性变为亲液性，就要对炭纤维表面处理使它的ILSS由55—70MPa提高到90MPa或95MPa，因此对炭纤维进行表面处理是使炭纤维用于实际投入市场的关键步骤，使性能达到实用和设计的要求。石墨纤维更需要表面处理。 2 炭纤维的表面性质 2.1 炭纤维的比表面积和表面粗糙度 对于高性能炭纤维，比表面积一般在1㎡/g以下，活性比表面积更小。经过表面处理后，活性表面积显著提高，炭纤维几乎提高2倍，ILSS也随之提高很多 2.2 炭纤维的表面化学结构 炭纤维表面不仅有焦油污染物而且含活性基团较少，表现出憎液性，表面处理时，不仅氧化刻蚀除去表面沉积物，而且进行表面氧化而引入含氧基团，呈现亲液性，化学反应历程如下:由C-H氧化成羟基进而成羰基最后氧化成羧基。处理后引入含氧官能团，表面含氧量显著增加，对水的润湿性大幅度提高，最终导致复合材料ILSS的显著提高。 目录 摘要............................................................................................................................ I Abstract ......................................................................................................................... I I 1 引言 (1) 1.1 石墨烯的制备 (2) 1.1.1 机械剥离法 (2) 1.1.2 电化学剥离法 (2) 1.1.3 化学气相沉积法 (3) 1.2 石墨烯电极材料的制备 (5) 1.3 石墨烯电极材料电化学性能测试 (5) 2 实验部分 (6) 2.1 实验试剂 (6) 2.2 实验仪器 (6) 2.3 RHAC和GQDs的制备 (6) 2.4 RHAC-GQDs的制备 (6) 2.5 电极制备和电池组装 (7) 3 结果和讨论 (8) 3.1 分析了RHAC的比表面积和孔隙结构 (8) 3.2 GQDs的拉曼光谱和荧光光谱分析 (8) 3.3 红外光谱分析 (8) 3.4 XRD分析 (8) 3.5 扫描电镜分析 (9) 3.6 循环伏安法测试分析 (9) 3.7 恒流充放电试验分析 (9) 3.8 电化学阻抗分析 (10) 4 结论与展望 (12) 4.1 结论 (12) 4.2 主要创新点 (12) 4.3 展望 (12) 参考文献 (13) 致谢............................................................................................ 错误!未定义书签。 石墨烯在离子液体电解液中的电化学行为 阎兴斌1,*，刘文文1,2，郎俊伟1, 薛群基1 1中国科学院兰州化学物理研究所，甘肃省兰州市天水中路18号，730000 2中国科学院研究生院，北京市石景山区玉泉路19号（甲），100049 *Email: xbyan@https://www.wendangku.net/doc/9016660356.html, 石墨烯因其具有极好的导电率和超高的比表面积而被广泛研究用做超级电容器的电极材料。然而其能量密度还需进一步提高。电解液是影响电容器性能的关键因素之一,适合的电解液对提高超级电容器的性能具有重要的作用。已有报道，利用离子液体作为石墨烯超级电容器的电解液可以提高其能量密度。然而，石墨烯在离子液体中的电化学行为还有待于进一步研究。 本文运用电化学等测试技术详细研究了有机溶剂、咪唑类离子液体阳离子烷基链和阴离子官能团、离子液体浓度、离子液体温度，以及离子液体在石墨烯中的插层现象等对石墨烯超级电容器性能的影响[1]。实验结果表明：石墨烯电极在EMIMBF4/DMF电解液中具有优异的电容行为，同时其电容行为受阳离子烷基链的长度、阴离子官能团和离子液体摩尔浓度等因素影响。实验结果还发现，石墨烯-EMIMBF4电解液体系在-20℃-60℃温度范围内都具有较好的电容性能。 关键词：石墨烯；离子液体；烷基链；温度；超级电容器 参考文献 [1] Liu, W.W.; Yan, X.B.; Lang, J.W.; Xue Q.J. J. Mater. Chem., 2011, 21: 13205. Electrochemical behavior of graphene sheets in the ionic liquid electrolyte Xingbin Yan1,* Wenwen Liu1,2, Junwei Lang1,Qunji Xue1 1Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, 18 Tianshui road (M.), Lanzhou, 730000 2Graduate School of Chinese Academy of Sciences, 19 Yuquan road, Beijing, 100049 Graphene has been widely studied as the electrode material of supercapacitors due to its excellent electrical conductivity and ultra-high surface area. However, its energy density still needs to improve compared with other energy cells. The electrolyte is one of the key factors affecting the capacitor performance. Thus, it is of great significance to develop new type electrolytes to increase the energy density of supercapacitors. Ionic liquids have been reported as the electrolytes in graphene supercapacitors owing to its excellent performance, but the electrochemical behavior of graphene in ionic liquid electrolytes needs to be further studied. In this work, the effects of organic solvents, the cation alkyl chain of imidazolium ionic liquid, the anionic functional groups of imidazole ionic liquids, ionic liquid molar concentration and temperature, and the intercalation of ionic liquids on the supercapacitive of graphene sheets have been investigated by electrochemical test techniques. The results show that graphene electrode has a good capacitive behavior in EMIMBF4/DMF electrolyte, and its capacitance has been affected by the cation alkyl chain length, the anionic functional groups, and the molar concentration. Moreover, the graphene electrode has the excellent performance in EMIMBF4 electrolyte at the operating temperature ranging from -20 ℃ to 60 ℃. 碳纤维表面处理 碳纤维作为一种具有高强度高模量的先进材料，通常需要与其他基体材料进行复合制备成复合材料进行使用。由于碳纤维本身经过1300℃以上的高温处理，纤维中90%以上由碳元素组成，纤维表面活性官能团很少，具有较强的惰性，与高分子树脂等基体进行复合时，纤维与树脂的结合较差，影响纤维优异力学性能的发挥，并最终影响复合材料的性能。因此在碳纤维制备过程中，通常需要对碳纤维进行表面处理，增加其表面的活性基团，增强与树脂等基体之间的结合。 5.3.1 表面处理方法 由于碳纤维表面处理对其复合材料性能提高的作用，因此表面处理方法的研究也是碳纤维制备技术研究的重点。经过多年的研究，科研工作者开发了多种对碳纤维进行表面处理方法，表5.11列出了可以对碳纤维进行表面处理的不同方法及其影响因素。在这些处理方法中，目前应用在工业化生产上的基本上都是电解氧化法。 表5.11 碳纤维表面处理方法和影响因素 序 号 类型处理方法影响因素 1 气相氧化O2、O3、NO2、NO、SO2、NH3、空气、水蒸气/空气、NO/ 空气 时间、温度、浓度、流量2 液相氧化HNO3、H2O、KMnO4、NaClO3、Na2Cr2O7/H2SO4、H2O2/ H2SO4、 NaClO3/ H2SO4、KMnO4/ H2SO4 时间、温度、组成比例、 3 电解氧化氨水、碳酸氢铵、H2SO4、HNO3、H3PO4、NaOH、KOH、NaCl、 Na2CO3、NH4NO3、NaHCO3等水溶液时间、电压、电流密度、电解质浓度 4 催化氧化硝酸铜、醋酸铜、硝酸铅、硝酸亚铅、硝酸铁、硫酸铁、硝 酸铋、钒酸盐、钼酸盐 时间、温度、催化剂量 5 电引发聚 合物涂层丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、苯乙烯、 醋酸乙烯、丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷 时间、电压、电流、溶剂、 单体浓度 6 聚合物电 沉积涂层苯乙烯、乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基甲基醚与马 来酸酐共聚物 时间、电压、电流、溶剂、 共聚物离子浓度 7 表面涂覆PVA、PVC、PAN、硅烷物，硬性聚氨酯炭黑树脂组成含量、涂覆量 8 高温气相 沉积SiC、TiC、TiO2、ErC、NiC、B、BN、NbC、TaC、石墨晶须、 碳 温度、时间、载气、试剂 含量 9 表面聚合 物接枝丙烯酸、丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯、丙烯腈、异 氰酸酯 时间、氧化程度、接枝量、 浓度 10 等离子体 处理O2、NH3、Ar、N2、空气、SiC涂层、AN聚合时间、真空度、功率、流 动速度 11 电子辐照γ射线等辐照剂量、时间 5.3.1.1 气相氧化法 气相氧化法是将碳纤维暴露在气相氧化剂(如空气、氧等)中，在加温、加催化剂等特殊 8种电化学水处理方法 电化学水处理- 世间万物，都是有一利就有一弊。社会的进步和人们生活水平的提高，也不可避免地对环境产生污染。废水就是其中之一。随着石化、印染、造纸、农药、医药卫生、冶金、食品等行业的迅速发展，世界各国的废水排放总量急剧增加，且由于废水中含有较多的高浓度、高毒性、高盐度、高色度的成分，使其难以降解和处理，往往会造成非常严重的水环境污染。 为了处理每天大量排出的工业废水，人们也是蛮拼的。物、化、生齐用，力、声、光、电、磁结合。今天笔者为您总结用电’ 来处理废水的电化学水处理技术。 电化学水处理技术，是指在电极或外加电场的作用下，在特定的电化学反应器内，通过一定的化学反应、电化学过程或物理过程，对废水中的污染物进行降解的过程。电化学系统设备相对简单，占地面积小，操作维护费用较低，能有效避免二次污染，而且反应可控程度高，便于实现工业自动化，被称为环境友好’ 技术。 电化学水处理的发展历程 1799 年 Valta制成Cu-Zn原电池，这是世界上第一个将化学能转化为电能的化学电源 1833 年 建立电流和化学反应关系的法拉第定律。 19世纪70年代 Helmholtz提出双电层概念。任何两个不同的物相接触都会在两相间产生电势，这是因电荷分离引起的。两相各有过剩的电荷，电量相等，正负号相反，相互吸引，形成双电层。 1887 年 Arrhenius提出电离学说。 1889 年 Nernst提出电极电位与电极反应组分浓度关系的能斯特方程。 1903 年 Morse 和Pierce 把两根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中，发现带电杂质能迅速地从凝胶中除去。 1905年 提出Tafel 公式，揭示电流密度和氢过电位之间的关系。 1906年 石墨烯修饰电极的电化学性能 石墨烯(Graphene>是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料,是构建零维富勒烯、一维碳纳M管、三维石墨等其他碳质材料的基本单元,具有许多优异而独特的物理、化学和机械性能,在微纳电子器件、光电子器件、新型复合材料以及传感材料等方面有着广泛的应用前景,基于石墨烯的相关研究也成为目前电化学领域的热点研究领域之一。 本论文围绕石墨烯的不同修饰电极条件,结合电化学基础研究,开展了石墨烯及其相关的电化学性能研究。具体内容归纳如下: (1>将石墨烯与具有良好导电性能的聚苯胺(PANI>复合,研究了石墨烯/聚苯胺复合物修饰电极的电化学性能。利用石墨烯与聚苯胺之间电子给体与电子受体的相互作用,实现了聚苯胺在中性甚至强碱性溶液中的电化学活性,并利用红外光谱、拉曼光谱和紫外光谱进行了可能的机理探讨。石墨烯/聚苯胺复合物材料在中性溶液里的电化学活性,在生物传感领域具有可能的应用空间。同时,在不同pH溶液里的电化学活性也为石墨烯/聚苯胺复合物材料在pH传感中提供了可能的应用空间。 (2>将石墨烯与具有电绝缘性能的凡士林混合,研究了石墨烯/凡士林膜电极的电化学性能。循环伏安测试表明:采用10.0 mg/mL、5.0 mg/mL和1.0 mg/mL的石墨烯/凡士林修饰电极可以依次得到常规尺寸电极、亚微尺寸电极和微尺寸的纳M电极阵列,并且通过简单混合所制备的石墨烯/凡士林膜电极具有良好的电化学活性和稳定性。作为新型碳材料的膜电极,石墨烯/凡士林膜电极在基础电化学研究和应用中具有一定的潜在价值。 (3>将石墨烯组装在具有完全电绝缘性能的硫醇自组装膜电极上,研究了石墨烯/硫醇自组装膜电极的电化学性能。交流阻抗数据表明,随着组装时间的增加,石墨烯/硫醇自组装膜电极的电化学阻抗逐渐降低,表明石墨烯在硫醇自组装膜上是一个可控的组装过程。循环伏安测试还表明,石墨烯的组装时间是120 min和5 min时,可以分别得到常规尺寸和微尺寸纳M电极阵列的石墨烯/硫醇自组装膜电极,而且对抗坏血酸、多巴胺、尿酸具有较好的电催化活性。同时,为了探讨可能的实验机理,我们讨论了电子传递的可能原因以及影响自组装膜电极双电层结构的两个因素。结果表明随着硫醇中碳链长度的增加,电子传递速率逐渐降低,氧化还原峰电位的差值逐渐增大。不同碳材料的电子转移速率呈现为:石墨烯>多孔碳>石墨。这种采用简单而有效的方法制备的石墨烯/硫醇自组装膜电极,在电化学理论研究和实际应用中具有较好的前景。 超级电容器是一种绿色、新型的储能元件,因为其高效、无污染的优良特性,符合“低碳”经济的发展要求,受到了人们的高度重视。超级电容器的核心是电极材料。 新兴的石墨烯二维单层原子碳材料因具有大的比表面积、优异的导电性、高的机械强度,被认为是理想的超级电容器电极材料。化学方法制备的氧化石墨烯具有良好的成膜性,可用于制备“石墨烯纸”并进而应用于无支撑电极。 此外,氧化石墨烯上丰富的含氧官能团可用于锚定金属纳M粒子,形成石墨烯复合材料。本论文围绕石墨烯薄膜制备、修饰和电化学电容性质开展研究工作,发展了石墨烯/碳纳M管复合薄膜的溶液铸造制备方法,提出了水热还原制备石墨烯基复合薄膜的途径,并研究了所制备材料的电容性能,取得了以下的研究成果:1.利用氧化石墨烯良好的成膜性,通过溶液铸造方法,制备了氧化石墨烯薄膜和氧化石墨烯/碳纳M管复合薄膜。 然后通过200℃退火,得到了相应的石墨烯薄膜、石墨烯/碳纳M管薄膜。这种薄膜通过石墨烯层间相互作用结合,例如π-π堆积,以及范德华力等,因而能够在各种极性电解液中稳定存在。复合薄膜的比电容在70~110 F/g,并且因为其表面仍然存在着部分含氧官能团的作用,显示了一定的赝电容的特性,表明其作为超级电容器电极的潜质。2.通过抽虑法制备了氧化石墨烯/碳纳M管复合薄膜。在水热条件下,氧化石墨烯被水还原并实现自组装,重新构建成具有π-π堆积的网络状三维结 石墨烯 一、常用的计量单位及含义 纯度（Purity）： wt% 【“wt%”是重量含量百分数（%）；wt是英文weight的简写。】 比表面积SSA（Special Surface Area）： m2/g 【比表面积是指单位质量物料所具有的总面积。单位是m2/g，通常指的是固体材料的比表面积，例如粉末、纤维、颗粒、片状、块状等材料。】 电导率(Conductivity)：S/m 【电导率，物理学概念，也可以称为导电率。在介质中该量与电场强度E之积等于传导电流密度J。对于各向同性介质，电导率是标量；对于各向异性介质，电导率是张量。生态学中，电导率是以数字表示的溶液传导电流的能力。单位以西门子每米（S/m）表示。电导率是用来描述物质中电荷流动难易程度的参数。】 振实密度（Tap Density）： mg/mL 【振实密度是指在规定条件下容器中的粉末经振实后所测得的单位容积的质量。振实密度或者说体积密度（在一些工业领域称为松装密度）定义为样品的质量除以它的体积，这一体积包括样品本身和样品孔隙及其样品间隙体积。堆积密度对于表征催化剂、发泡材料、绝缘材料、陶瓷、粉末冶金和其它工业生产品都是必要的。】 片径（Scale）：microns/μm 灰分（ASH）：wt% 【无机物，可以是锻烧后的残留物也可以是烘干后的剩余物。但灰分一定是某种物质中的固体部分而不是气体或液体部分。在高温时，发生一系列物理和化学变化，最后有机成分挥发逸散，而无机成分（主要是无机盐和氧化物）则残留下来，这些残留物称为灰分。】 体积电阻率（Volume Resistivity）：Ω?m 【体积电阻率，是材料每单位体积对电流的阻抗，用来表征材料的电性质。通常体积电阻率越高，材料用做电绝缘部件的效能就越高。通常所说的电阻率即为体积电阻率。,ρv=R v S/h式中，h是试样的厚度（即两极之间的距离）；S是电极的面积，ρv的单位是Ω·m（欧姆·米）】 中值粒径D(50)：4-6μm【D50：一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%，D50也叫中位粒径或中值粒径。D50常用来表示粉体的平均粒度。】 方阻（方块电阻）：Ω/sq【在一长为l，宽w，高d（即为膜厚），此时L=l,S=w*d,故R=ρ*l/(w*d)=(ρ/d)*(l/w)。方块电阻R=ρ/d令l=w于是R=(ρ/d)，其中ρ为材料的电阻率，此时的R为方阻。蒸发铝膜、导电漆膜、印制电路板铜箔膜等薄膜状导电材料，衡量它们厚度的最好方法就是测试它们的方阻。什么是方阻呢？方阻就是方块电阻，指一个正方形的薄膜导电材料边到边“之”间的电阻，方块电阻有一个特性，即任意大小的正方形边到边的电阻都是一样的，不管边长是1米还是米，它们的方阻都是一样，这样方阻仅与导电膜的厚度等因素有关】 迁移率（Mobility）：cm2/V·s 【指单位电场强度下所产生的载流子平均漂移速度。它的单位是厘米2/（伏·秒）。迁移率代表了载流子导电能力的大小，它和载流子（电子或空穴）浓度决石墨烯修饰电极的电化学性能
电化学法处理生活污水的性能研究
碳纤维表面处理
石墨烯的制备及电化学性能研究
石墨烯在离子液体电解液中的电化学行为
聚丙烯腈基碳纤维的制备-表面处理
8种电化学水处理方法
石墨烯修饰电极电化学性能
石墨烯常用计量单位及简介