CuO、TiO2纳米管阵列薄膜电极的制备及光电性能
CuO/TiO2纳米管阵列薄膜电极的制备及光电性能作者：黄凤翔， 钟秋菊， 肖信， 舒东， 南俊民
作者单位：华南师范大学化学与环境学院,广州 510006
本文链接：https://www.360docs.net/doc/121843618.html,/Conference_7191524.aspx
碳纳米管综述
碳纳米管综述 摘要：本文主要介绍碳纳米管的发现及发展过程，并说明碳纳米管的制备方法及其制备技术。同时也叙述碳纳米管的各种性能与应用。 引言：在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就是现在被称作的“Carbon nanotube”，即碳纳米管,又名巴基管。 正文： 碳纳米管的制备： 碳纳米管的合成技术主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD，以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等。电弧法 利用石墨电极放电获得碳纳米管是各种合成技术中研究得最早的一种。研究者在优化电弧放电法制取碳纳米管方面做了大量的工作。 T. W. Ebbeseo[2]在He保护介质中石墨电弧放电，首次使碳纳米管的合成达到了克量级。为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert[3]将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管缺陷。C. Journet[4]等在阳极中填人石墨粉末和铱的混合物，实现了SWNTs的大量制备。研究发现，铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs 合成。 近年来，人们除通过调节电流、电压，改变气压及流速，改变电极组成，改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外，还通过改变打弧介质，简化电弧装置。 综上所述，电弧法在制备碳纳米管的过程中通过改变电弧放电条件、催化剂、电极尺寸、进料方式、极间距离以及原料种类等手段而日渐成熟。电弧法得到的碳纳米管形直，壁簿(多壁甚至单壁).但产率偏低，电弧放电过程难以控制，制备成本偏高其工业化规模生产还需探索。 催化裂解法或催化化学气相沉积法(CCVD) 催化裂解法是目前应用较为广泛的一种制备碳纳米管的方法。该方法主要采用过渡金属作催化剂，适于碳纳米管的大规模制备，产物中的碳纳米管含量较高，但碳纳米管的缺陷较多。 催化裂解法制备碳纳米管所需的设备和工艺都比较简单，关键是催化剂的制备和分散。目前用催化裂解法制备碳纳米管的研究主要集中在以下两个方面：大规模制备无序的、非定向的碳纳米管;制备离散分布、定向排列的碳纳米管列阵。一般选用Fe, Co、Ni及其合金作催化剂，粘土、二氧化硅、硅藻土、氧化铝及氧化镁等作载体，乙炔、丙烯及甲烷等作碳源，氢气、氮气、氦气、氩气或氨气作稀释气，在530℃~1130℃范围内，碳氢化合物裂解产生的自由碳离子在催化剂作用下可生成单壁或多壁碳纳米管。1993年Yacaman等人[5]采用此方法，用Fe催化裂解乙炔，在770℃下合成了多壁碳纳米管，后来分别采用乙烯、聚乙烯、丙烯和甲烷等作为碳源，也都取得了成功。为使碳离子均匀分布，科研人员还用等离子加强或微波催化裂解气相沉积法制备碳纳米管。 激光蒸发法
碳纳米管修饰电极在电化学中应用
新技术应用 碳纳米管修饰电极在电化学中应用 杨百勤１李靖１杜宝中２ （１．陕西科技大学化学与化工学院西安７１００２１） （２．西安理工大学应用化学系西安７１００５４） 摘要对碳纳米管修饰电极的研究现状、制备方法、应用以及碳纳米管修饰电极的发 展趋势作比较全面的综述。 关键词电化学碳纳米管修饰电极 碳纳米管，又名巴基管（ｂｕｃｋｙｔｕｂｅ），是１９９１年由日本科学家饭岛澄男（ＳｕｍｉｏＩｉｊｉｍａ）在高分辨透射电镜（ＨＲＴＥＭ）下发现的一种针状的管形碳单质。它以特有的力学、电学和化学性质，以及独特的准一维管状分子结构和在未来高科技领域中所具有的潜在应用价值，迅速成为化学、物理及材料科学等领域的研究热点。目前，纳米碳管在理论计算、制备和纯化生长机理、光谱表征、物理化学性质以及在力学电学、化学和材料学等领域的应用研究正在向纵深发展，在一些方面已取得重大突破。纳米碳管（ＣＮＴ）的发现，开辟碳家族的又一同素异形体和纳米材料研究的新领域。 由于ＣＮＴ具有良好的导电性、催化活性和较大的比表面积，尤其对过电位的大大降低及对部分氧化还原蛋白质的直接电子转移现象，因此被广泛用于修饰电极的研究。碳纳米管在作为电极用于化学反应时能促进电子转移。碳纳米管的电化学和电催化行为研究已有不少报道。 １碳纳米管的分类 ＣＮＴ属于富勒烯（ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）碳系，管状无缝中空，具有完整的分子结构，由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成…。管各单层两端由五边形或七边形参与封闭。ＣＮＴ中每个碳原子通过ｓｐ２杂化与周围３个碳原子相连形成六角形网格结构，但通常因产生弯曲而形成空间拓扑结构，从而使某些碳原子呈ｓｐ３杂化状态【２】。卷层数从一到数百不等。由单层石墨片卷积而成的称为单壁碳纳米管（ｓｉｎｇｌｅ—ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ，ＳＷＮＴ）…，制备时管径可控，一般在１—６ｒｉｍ之间，当管径＞６ｎｍ后ＣＮＴ结构不稳定易塌陷。ＳＷＮＴ轴向长度可达几百纳米甚至几个微米。由两层以上柱状碳管同轴卷积而成的称为多壁碳纳米管ｍｕｌｔｉ．ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ，ＭＷＮＴ）¨＿】，层间距约为０．３４ｎｍ。ＭＷＮＴ管径由几个纳米到几十个纳米，长度一般在微米级，最长者可达厘米级。 ２碳纳米管修饰电极的制备方法 用通常方法制备出的ＣＮＴ样品一般都含有金属催化剂颗粒和无定形碳等杂质，所以应用前需要经过纯化步骤。纯化后的ＣＮＴ通常是一种相互缠绕的、找不到终端的线团状结构，管壁间因存在强的范德华力而极易发生团聚且不溶于任何溶剂，这些既不利于其在电极表面的修饰也不利于修饰后其优点的发挥。 在制备修饰电极之前碳纳米管要经过一系列的处理，这些处理包括纯化、剪切、修饰、分散等步骤。这是由于ＣＮＴ自身的原因，也是为取得更好的修饰效果，ＣＮＴ样品在修饰到基底电极表面前都要经过必要的处理，然后再采用不同的方式修饰到电极表面。不同的前处理模式极大地影响最终的修饰电极性质。 制备碳纳米管修饰电极的方法很多，现在就来简单介绍几种。 ２．１化学吸附法 陈荣生等Ⅲ认为，由于ＣＮＴ与碳纤维都有类似石墨的平面结构，所以ＣＮＴ可以吸附在碳纤维表面形成较强的分子间力。制得的修饰电极可以用水直接冲洗而不影响活性。 ２．２电化学聚合法 Ｈｕｇｈｅｓ【５１等将羧基化的ＣＮＴ分散在吡咯单体溶液中，通过电聚合制备ＭＷＮＴＰＰｙ复合膜修饰电极。其成功基于ＣＮＴ上的羧基在溶液中失去质子而带负电荷，在吡咯阳极氧化过程中进行掺杂，从而共聚在电极表面。 ２．３渗入法 掺入法是制备碳糊修饰电极的常用方法。 １９６９年Ａｄａｍｓ首创碳糊电极（ＣＰＥ）以来，用 】５ 万方数据
TiO2阵列薄膜
TiO2和HfTiO4薄膜在微电子中应用与表征研究 摘要：研究掺TiO2阵列基透明氧化物半导体在微电子的应用，通过低压集中热 反应磁控溅射法制备TiO 2和掺Hf的TiO 2 薄膜，沉积在(100)方向的硅基板上，沉 积后在空气中1000K进行退火处理4小时。通过X衍射(XRD)，原子显微镜(AFM),X 射线光电子能谱(XPS)研究薄膜阵列的性质。XRD分析表明经热处理后将增强薄 膜的结晶，TiO 2和斜方HfTiO 2 薄膜出现形状规则的金红石相。AFM图分析表明该 纳米薄膜显示高度有序，整个样品表面上晶粒的尺寸和排列时均匀的。薄膜的化学计量比可以通过XPS检测来确定。 关键字：TiO2 薄膜 HfTiO4阵列透明氧化物半导体 Abstract:We study the possible microelectronics applications of transparent oxide semiconductors based on TiO2-doped matrix. TiO2 and Hf-doped TiO2 thin films were prepared by low pressure hot target reactive magnetron sputtering (LP HTRS) and deposited onto monocrystalline (100) silicon substrate. After deposition thin films were additionally annealed in air for 4 hours at 1000 K. Properties of the thinfilms matrixes were studied by means of X-ray diffraction(XRD), atomic force microscopy (AFM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). XRD investigations have shown that heat treatment enhances the crystallity of the thin films. Well-shaped lines of the rutile phase for TiO2 and the orthorhombic HfIiO4 have appeared. AFM images showed that the nanocrystalline thin films exhibit the high ordering grade. The dimension and arrangement of grains were homogenous on the whole sample surface. The stoichiometry of manufactured thin films was confirmed by XPS examinations. Keywords：TiO2 thin films HfTiO4 matrix transparent oxide semiconductors 1 引言 TiO2是一种重要的无机功能材料，因有氧空位存在而呈N型，二氧化钛有锐钛矿、金红石和板钛矿3 种晶型，可用于制备染料敏化太阳能电池[1]、气敏传感器[2]、光催化薄膜[3]、电介质材料、光裂解水[4]、无机涂料等，应用于水或空气的净化，水分解制氢，无机薄膜太阳能电池等能源与环境领域。1991年，Gr?tzel等[1]利用具有大比表面积TiO2纳米晶多孔薄膜作为光阳极材料制备了电池器件，获得的能量转换效率高达7.1%，这种Gr?tzel电池因其制备简单、材料易得和成本低廉等优点而备受关注。近年来，利用半导体材料降解环境中的污染物已越来越受到人们的关注。TiO2的禁带宽度仅为3.2eV，只能吸收波长小于387.5 nm 的紫外光(约占太阳光的4.5%)，而可见光占太阳光的45%，严重限制了其实际应用。而且，在光催化反应中，纯相TiO2产生的光生电子和空穴易在光催化剂体相内和表面快速复合，极大地降低了其量子效率[5–6]。因此，有必要寻找有效的方法来提高其可见光活性和光生载流子的分离效率。TiO2这种半导体材料的光催化性能自上世纪70年代开始受到人们的重视，其中，TiO2是一种理想的半导体光催化剂材料，因为它拥有较宽的禁带宽度，光催化活性高，催化简单有机物彻底，良好的化学稳定性，不会引起二次污染等优势。因此，它被广泛应用于杀菌、除臭、污水处理、空气净化等方面。将TiO2与窄带半导体复合形成异质结可有效解决上面的两个问题，Sun 等[7]制备了CdS/TiO2纳米管阵列，其光电效应是TiO2 纳米管阵列的35 倍；Zhang 等[8]将CdSe 沉积到TiO2纳米管中，显著提高了其可见光下的光电流；Hou等[9]将Cu2O 与TiO2纳米管复合后有效提高了其可见光光催化活性。在可见光照射下，从这些窄带半导体上激
碳纳米管阵列超双疏性质的发现_翟锦
碳纳米管阵列超双疏性质的发现 * 翟 锦 李欢军 李英顺 李书宏 江 雷 - (中国科学院化学研究所 北京 100080) 摘 要 用高温裂解酞菁金属络合物方法制备了几种具有不同形貌的阵列碳纳米管膜,并对其超疏水和超双疏性质进行了研究.对于具有均匀长度和外径的阵列碳纳米管膜,文章作者发现,在未经任何处理时,其表现出超疏水和超亲油性质,与水的接触角为15815?115b ,与油的接触角为0?110b .经氟化处理后,则表现出超双疏性质,与水和油的接触角分别为171?015b 和161?110b .对具有类荷叶结构的阵列碳纳米管膜,其表面形貌与荷叶的十分接近,且在未经任何处理时所表现出的超疏水性也与荷叶的非常接近,与水的接触角为166b ,滚动角为8b .这种超疏水和超双疏性质是由表面的纳米结构以及微米结构和纳米结构的结合产生的.这一发现为无氟超疏水表面P 界面材料的研究提供了新的思路. 关键词 阵列碳纳米管膜,超疏水,超双疏 DISC OVERY OF SUPER-AMPHIPHOBIC PROPERTIES OF ALIGNED CARBON NA NOTUBE FILMS Z HAI Jin LI Huan -Jun LI Ying -Shun LI Shu -Hong JI ANG Lei - (Institu te o f Che mistry ,Chin ese Aca de my o f Scien ces ,Be ijin g 100080,Ch ina ) Abstract Several kinds of aligned ca rbon nanotube(ACN T )films with different morphologie s were prepared by pyrolysis of me tal phthalocyanines.Supe r -hydrophobic and supe r -amphiphobic prope rties were studied in detail.The ACN T films with fairly uniform length and external diame ter sho wed supe r -hydrophobic and super -oileophilic prope r -ties,with contact angle s(CAs)of 15815?115b and 0?110b for wate r and rape seed oil respectively.After fluorina -tion trea tment,the se angles beca me 171?015b and 161?110b ,respec tively,showing both super -hydrophobic and super -oileophobic properties,typical of a super -a mphiphobic surface.For ACN T films wi th lotus -like structures,not only wa s the morphology close to tha t of lotus leave s,but their supe r -hydrophobic properties we re almost the same a-l so.The CA and sliding angle for wate r of this kind of films were 166b and 8b ,respectively.These super -hydrophobic and super -amphiphobic properties are caused by the nanostructures and the c ombina t ion of nanostructures and mic ro -structures on the surface.This discove ry may provide a ne w method to study supe r -hydrophobic surface P interface ma -terials without fluorine. Key words aligned c arbon nanotube films,super -hydrophobic,super -amphiphobic * 国家重点基础研究项目(批准号:G1999064504),国家自然科学 基金重大项目(批准号:29992530)2001-12-21收到 - 通讯联系人.E -mail:ji anglei@https://www.360docs.net/doc/121843618.html, 在降雨之后的荷塘里,我们常常可以看到许多 水滴漂浮在荷叶上.这种现象是由于在荷叶的表面上有许多微小的乳突,这些乳突上含有疏水的蜡状物质,使得水滴不能渗入到荷叶中而引起的.这类疏水效果非常好的表面与水的接触角都比较大.最近,我们提出了双疏表面和超双疏表面的概念[1] ,即,既疏水又疏油的表面为双疏表面,而与水和油的接触角都大于150b 的表面为超双疏表面.超疏水和超双疏界面材料在工农业生产上和人们的日常生活中都有非常广阔的应用前景.例如,超疏水界面材料用在室外天线上,可以防积雪从而保证高质量地接收信 号;超双疏界面材料可涂在轮船的外壳和燃料储备箱上,可以达到防污、防腐的效果;在将它应用于石油管道的运输过程中,可以防止石油对管道壁粘附,从而减少运输过程中的损耗,并防止管道堵塞;将它用于水中运输工具或水下核潜艇上,可以减少水的阻力,提高行驶速度;用于微量注射器针尖上,可以完全消除昂贵的药品在针尖上的黏附及由此带来的
碳纳米管电极的制备及应用研究
碳纳米管电极的制备及应用研究 【摘要】：氧化还原蛋白质(酶)的直接电化学研究引起了越来越多研究者的兴趣，这些研究能帮助我们了解蛋白质的结构和蛋白质发生电子传递的机理。由于多数蛋白质分子量较大，其电活性中心很难与电极直接交换电子。为了促进蛋白质和电极的电子传递，研究运用了各种纳米材料修饰电极，如金属纳米颗粒、碳纳米管等。碳纳米管自从被发现后，因为其独特的力学、电子特性以及化学特性成为世界范围内的研究热点之一。因其具有独特的结构、优良的力学性质及杰出的电学性质，碳纳米管在显微镜探针、场发射显示器、超级电容器、分离领域及传感器等领域得到广泛应用。由于碳纳米管的表面效应，即直径小、表面能高、原子配位不足，使其表面原子活性高，易与周围的其它物质发生电子传递作用，在电化学和电分析化学的研究中，如蛋白质的直接电化学和电化学生物传感器的构筑，具备了独特的优势。本文利用碳纳米管优良的物理、化学、电催化性能以及它们良好的生物相容性，结合纳米粒子的小粒径和大的比表面积效应，制备了2种不同类型的多壁碳纳米管修饰电极，实现了血红蛋白的直接电化学，该类修饰电极对过氧化氢等具有良好的生物电催化性质，能用于生物传感界面的构建。采用化学气相沉积法在石英基底上成功制备了直立碳纳米管阵列，并将其制成直立碳纳米管阵列电极，将血红蛋白、葡萄糖氧化酶采用多种方法固定到阵列电极界面上，制备的生物传感器具有较高的灵敏度、较低的检测下限以及快的响应速度。具体内容如下：第一章绪论首先系统介绍了碳纳米管的发现及应用研究，包括
碳纳米管的分类、性能、制备方法、功能化以及应用现状。接着介绍了氧化还原蛋白质(酶)的直接电化学，包括研究意义、研究现状以及纳米材料在蛋白质(酶)生物传感器中的应用。第二章血红蛋白在1-芘丁酸琥珀酰胺酯／碳纳米管和金胶纳米粒子修饰电极上的直接电化学本章采用多壁碳纳米管(MWNTs)、1-芘丁酸琥珀酰胺酯(PASE)和金纳米粒子(AuNPs)构筑生物兼容性薄膜，用于固定血红蛋白生物分子。首先1-芘丁酸琥珀酰胺酯的芘基端可以与碳纳米管的侧壁通过π键合作用形成PASE／MWNTs，然后，血红蛋白(Hb)通过蛋白分子中的胺基与PASE的琥珀酰胺酯基端的亲核取代反应形成胺键，固定到PASE／MWNTs纳米复合材料表面。最后，金胶纳米粒子通过静电作用力吸附血红蛋白分子表面，形成Au／Hb／PASE／MWNTs。采用紫外可见吸收光谱(UV-Vis)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、电化学交流阻抗(EIS)及循环伏安扫描(CV)等方法对电极修饰过程进行表征。实验结果表明，Hb在Au／Hb／PASE／MWNTs／GCE电极表面没有发生变性，能够进行有效和稳定的直接电子转移反应。所得的Au ／Hb／PASE／MWNTs／GCE电极对H_2O_2、TCA、NaNO_2、O_2具有良好的催化还原的生物传感特性。第三章血红蛋白在多壁碳纳米管／金胶纳米粒子和SiO_2层层组装膜电极界面上的直接电化学本章提出一种基于多壁碳纳米管／金胶纳米粒子(MWNTs／Au)，SiO_2溶胶-凝胶和蛋白质层层组装的方法固定血红蛋白(Hb)，制得蛋白质电化学生物传感器。首先将一定量的MWNTs和金胶掺杂在一起后滴涂在玻碳(GC)电极表面，随后先后将一定量的Hb和SiO_2均匀滴涂
聚吡咯纳米阵列电极的光电化学
物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao) March Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2006,22(3)：261~264 聚吡咯纳米阵列电极的光电化学 刘玲赵尧敏杨洁赵崇军江志裕* (复旦大学化学系,分子催化和创新材料上海重点实验室,上海200433) 摘要以多孔的铝阳极氧化膜(AAO)为模板制备了直径约为80nm聚吡咯(PPy)纳米线的阵列电极,并研究了它的光电化学响应.结果表明,在电极电位低于-0.1V(vs Ag/AgCl)时出现的阴极光电流是由聚吡咯纳米线的p型半导体性质引起的,其平带电位为-0.217V.聚吡咯纳米线的长度对光电流的影响较大,最佳长度为42nm.这是因为在很短的聚吡咯纳米线阵列中PPy太少,产生的光电流弱,而在过长的聚吡咯纳米线阵列中光生电子在到达电极基底前易于与光生空穴复合而消失.聚吡咯纳米线有可能作为纳米光电器件用于未来微器件系统. 关键词：聚吡咯,阳极氧化铝膜,纳米线阵列,光电化学 中图分类号：O646 Photoeletrochemical Behavior of Polypyrrole Nanofiber Array Electrodes LIU,Ling ZHAO,Yao?Min YANG,Jie ZHAO,Chong?Jun JIANG,Zhi?Yu* (Department of Chemistry,Shanghai Key Laboratory of Molecular Catalysis and Innovative Materials, Fudan University,Shanghai200433,P.R.China) Abstract Polypyrrole(PPy)nano?fiber array electrodes were fabricated by electrochemical deposition of PPy in the pores of anodic aluminium oxide(AAO)templates.The photocurrent appeared at the potential below-0.1V(vs Ag/AgCl) was caused by the p?type semiconductor properties of PPy material.Its flat?band potential E fb was determined as-0.217 V(vs Ag/AgCl).The photocurrent of PPy nano?fiber array electrode varied with the length of the PPy nanofibers.For very thin PPy nano?fiber array the photocurrent was small.But if the arrays were too thick the photocurrent was also small because the photo?induced electrons might recombine with photo?induced holes in the film before reaching the back contact.The optimum thickness was42nm.The PPy nano?fiber devices might be used as nano photo?electronic device in the future. Keywords：Polypyrrole,Anodic aluminium oxide membrane,Nano?fiber arrays,Photoelectrochemistry 聚吡咯(PPy)是一种重要的导电聚合物.由于其在水溶液或有机电解质中具有良好的充放电性能,可用作化学电源、传感器的电极材料,因此其电化学性能受到广泛的关注[1?4].在阳极极化时溶液中的阴离子可掺入聚吡咯,使材料的导电性增加,而在阴极极化时随着阴离子的脱出,聚吡咯的电阻明显增加.通过聚吡咯膜的光电化学研究,已经证明在较负的电极电位区间聚吡咯在水溶液或有机溶液中都可以测到阴极光电流,而且其强度随电极电位的负移而增大.光电化学过程中涉及光致阴离子脱掺杂和阳离子掺杂过程的发生.该光电流是由于PPy膜的p型半导体性质引起的[5?6].在含高浓度支持电解质和较小阳离子(Li+和Na+)的溶液中得到的光电流信号更强.Miquelino等[5]观察到在还原态时PPy膜呈现阴极光电流,而在导电态时则为阳极光电流,并且采用红外光时得到的信号更强.从研究光 [Article]https://www.360docs.net/doc/121843618.html, Received：July26,2005；Revised：September20,2005.*Correspondent,E?mail：zyjiang@https://www.360docs.net/doc/121843618.html,；Tel：+8621?65642404. 国家自然科学基金(20333040),复旦大学研究生创新基金资助项目 鬁Editorial office of Acta Physico?Chimica Sinica 261
超级电容器电极材料——碳纳米管
超级电容器电极材料——碳纳米管 超级电容器电极材料——碳纳米管 碳纳米管(Carbon Nano Tubes,Ts)是1991年 NEC公司的电镜专家 Iijima通过高分辨率电子显微镜观察电弧法设备中产生的球状分子时发现的一种管状新型纳米碳材料,如下图所示： 理想Ts是由碳原子形成的石墨烯卷成的无缝?中空的管体,根据管中碳原子层数的不同,Ts 可分为单壁碳纳米管 (Single-walled Nano Tubes SWNTs)和多壁碳纳米管 (Multi-walled Nano Tubes,MWNTs)?Ts的管径一般为几纳米到几十纳米,长度一般为微米量级,由于 Ts具有较大的长径比,因此可以将其看做准一维的量子线?Ts因其独特的力学?电子学和化学特性而迅速成为世界范围内的研究热点之一,并在复合增强材料?场发射?分子电子器件和催化剂等众多领域得到了广泛的应用? Niu等首先报道使用催化裂解法生长的直径为8nm的Ts制备了厚度为25.4μm?比表面积为430m2/g的薄膜电极,在38%的H2SO4水溶液中,获得了49～113F/g的质量比容,而且在频率为11Hz时,其相角非常接近-90°,并且具有大于 8kW/g的高功率? E.Frakcowaik等以钴盐为催化剂,二氧化硅为模板催化裂解乙炔制得比表面积为400m2/g 的MWNTs,其比容量达135F/g,而且在高达50Hz的工作频率下,其比容量下降也不大?这说明Ts的比表面 积利用率?功率特性和频率特性都远优于活性炭?碳纳米管的比容与其结构有直接关系? 江奇娜等研究了MWNTs的结构与其容量之间的关系,结果发现比表面积较大?孔容较大和孔径尽量多的分布在30～40nm区域的 Ts会具有更好的电化学容量性能?从Ts的外表来看,管径为30～40nm?管长越短?石墨化程度越低的Ts的容量越大?另外,由于SWNTs通常成束存在,管腔开口率低,形成双电层的有效表面积低,所以MWNTs更适合用做双电层电容器的电极材料?由于Ts的绝大部分孔径都在2nm以上,而2nm以上的孔非常有利于双电层的形成,所以Ts电容器具有非常高的比表面积利用率,但由于Ts的比表面积都很低,一般为100～400m2/g,所以Ts的比容都较低? 提高Ts比容的最直接办法是提高其比表面积,采用高速球磨将Ts打断能在一定程度上提高Ts的比表面积,进而提高其比容?另外,通过化学氧化或电化学氧化的方法在Ts表面产生电活性官能团,利用这些表面官能团在充放电过程中产生的赝电容也可以有效提高Ts的比容?Ts与金属氧化物或导电聚合物相复合,可以制备同时具有双电层电容和法拉第赝电
【CN110060875A】用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极及其制备方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910356369.9 (22)申请日 2019.04.29 (71)申请人 南京工业大学 地址 211899 江苏省南京市浦口区浦珠南 路30号 (72)发明人 房贞兰 赵丽娜 刘美丽 徐宜秀 陈宝军 张兰天 袁小云 鞠强 (74)专利代理机构 西安中科汇知识产权代理有 限公司 61254 代理人 刘玲玲 (51)Int.Cl. H01G 11/24(2013.01) H01G 11/30(2013.01) H01G 11/86(2013.01) (54)发明名称用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极及其制备方法(57)摘要本发明的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极及其制备方法，其特征在于，以Co (NO 3)2·6H 2O和1，4-萘二甲酸为反应原料，N，N -二甲基甲酰胺为溶剂，三乙胺为表面活性剂，通过一步水热法，制备得到用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极。本发明的有益之处在于，本发明提供的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极及其制备方法具有以下优势：原料来源广，制备成本低；制备工艺简单、成本低、效率高；产品电容性能、稳定性能优越；产品具有有序的层状结构，用作超级电容器电极具有较高的可逆比电容、优异的倍率性能和稳定的循环性，具有 巨大的商业化应用前景。权利要求书1页 说明书4页 附图4页CN 110060875 A 2019.07.26 C N 110060875 A
权 利 要 求 书1/1页CN 110060875 A 1.一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)将碳布裁成1cm×2cm的长方形碳布块，之后使用水：乙醇：丙酮＝1：1：1的混合液超声清洗，之后烘干过夜，称量； (2)将三乙胺溶于N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌得到混合均匀的混合溶液A，并在搅拌过程中放入经步骤(1)处理后的所述碳布块； (3)称取Co(NO3)2·6H2O和1，4-萘二甲酸溶，放入所述混合溶液A中，继续搅拌得到混合溶液B； (4)将所述混合溶液B连同里面的所述碳布块一起转移到20mL的水热反应釜中，之后将所述水热反应釜放置于烘箱中，缓慢升温反应； (5)反应结束后，用去离子水和乙醇冲洗所述碳布块，然后烘干； (6)使用前称量所述碳布块，以确定用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的有效质量。 2.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述三乙胺和N，N-二甲基甲酰胺的用量比例为1mg：1mL，搅拌时长为1h。 3.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述Co(NO3)2·6H2O和1，4-萘二甲酸的用量质量比为4：3。 4.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述水热反应釜放置于烘箱中缓慢升温反应过程控制的条件为：所述烘箱温度在30min内逐渐从室温升至120℃，在120℃条件下保持3d，之后以4℃·h-1的速度冷却至室温。 5.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述烘干的条件为80℃过夜充分烘干。 6.一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极，其特征在于，所述用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极采用权利要求1-5任意一项所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的制备方法制备得到。 7.根据权利要求6所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极，其特征在于，所述用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的材料表面为六边形二维层状垂直纳米结构。 8.根据权利要求7所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极，其特征在于，所述用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极可用作超级电容器柔性电极，且比电容可达844Fg-1。 2
碳纳米管纳米材料的应用要点
碳纳米管及其复合材料在储能电池中的应用摘要碳纳米管具有良好的机械性能和导电性、高化学稳定性、大表面积以及独特的一维结构，选择合适的方法制备出碳纳米管复合材料，可以使其各种物理化学性能得到增强，因而在很多领域有着极大的应用前景，尤其是在储能电池中的应用。本文分析了碳纳米管及其复合材料的特点，总结了碳纳米管的储锂机理，对其发展趋势作了展望。 关键词碳纳米管复合材料储能电池应用 Abstract carb on nano tubes(CNTs) are nano meter-sized carb on materials with the characteristics of unique one-dimensional geometric structure large surface area high electrical conductivity，elevated mechanical strength and strong chemical inertn ess. Selecti ng appropriate methods to prepare carb on nano tube composites can enhance physical and chemical properties , and these composites have a great future in many areas especially in energy storage batteries . In this paper, based on the analysis and comparis on of the adva ntages and disadva ntages of carb on nano tube composites the enhan ceme nt mecha ni sms of the CNTs catalysts are in troduced. Afterwardthe lithium ion storage properties are summarized according to the preparation methods of composite materials. Finally, the prospects and challenge for these composite materials are also discussed. Keywords carb on nano tube; composite; en ergy storage batteries; applicati on 1引言 碳纳米管(CNTs)在2004年被人们发现，是一种具有特殊结构的一维量子材料,它 的径向尺寸可达到纳米级，轴向尺寸为微米级，管的两端一般都封口，因此它有很大的强度，同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。碳纳米管由于其独特的一维纳米形貌被作为锂离子电池负极材料广泛研究，通过对碳纳米管进行剪切，官能化及掺杂等方法进行改性处理，能有效的减少碳纳米管的首次不可逆容量，增加可逆的储锂比容量。此外，碳纳米管的中空结构也成为抑制高容量金属及金属氧化物体积膨胀理想复合基体。本文中，我们研究了碳纳米管的储锂性能，考察了碳纳米管作为锡类复合材料基体，其内部限域空间对高容量金属及金属氧化物的储锂性能促进的具体原因。该研究结果为碳纳米管以及其他具有限域空间的结构在锂离子电池中的应用提供了参考。 2碳纳米管的储锂机理和应用 相比广泛应用的石墨类材料，碳纳米管在锂离子电池负极材料中有其独特的应用优势。首先，碳纳米管的尺寸在纳米级，管内及间隙空间也都处于纳米尺寸级，因而具有纳米材料的小尺寸效应，能有效的增加锂离子在化学电源中的反应活性空间；其次，碳纳米管的比表面积较大，能增加锂离子的反应活性位，并且随着碳纳米管的管径减小其表现出非化学平衡或整数配位数的化合价，储锂的容量增大；第三，碳纳米管具有良好的导
纳米电极及其在电化学中的应用
纳米电极及其在电化学中的应用 常智远 (上海大学化学系) 摘要：纳米电极是近几十年代发展起来的并在电化学及电分析化学中显示了广阔的应用前景.本文简要介绍了几种纳米电极的制备方法,重点介绍了纳米电极在电化学反应动力学常数测量,作为探针在扫描技术中的应用以及纳米电极分别在光谱电化学和传感器中的应用,结尾并对其发展前景进行了展望。 关键词:纳米电极;电化学 1概述 超微电极又称微电极,分别由Fleischmann和Wightman等人引入到电化学和电分析化学领域。这类电极至少有一维,通常要小于25Lm。电极直径小于1Lm但大于100nm一般称为亚微米电极。纳米电极的尺寸没有明确的定义, 一般认为纳米电极是指电极的某一维有效直径在1~100nm, 小于10nm的电极又被称为Nanode。纳米电极最早被用来进行生物活体分析, 20世纪80年代, 电分析化学家应用其传质速率很快, 电极充电电流较小的特点来测量某些快速电化学反应的标准速率常数等, 同时纳米电极因其电极尺度小, 特别是当电极的尺度接近单个分子的尺度时, 其它一些因素如静电场、分子吸附、边沿效应等都会对电极的响应发生影响,所有这些特点使得纳米电极日益受到人们的重视。 2纳米电极的制备 纳米电极的制备及其应用已有20多年的历史,已有锥形、平板形、环形、圆盘形、条形等多种形状的电极,现已报道了多种成功率较高的金属钠米电极的制备方法。 条形纳米电极的制备方法通常是在平板玻璃上蒸镀一层贵金属薄膜,然后再将其封装后打磨至该膜层露出.纳米电极阵列有多种制备方法,如用电沉积的方法沉积金属于多孔膜的孔中及光刻等技术。锥形及圆盘形电极因其可作为各种SPMs的探头而成为目前主要采用的纳米电极。总体上讲锥形或圆盘纳米电极的制备一般分为两步: 首先将金属丝在腐蚀液中用电化学的方法腐蚀成纳米针尖,然后用包封液将该针尖包封只露出其尖端很小的一部分。目前制得的圆盘电极, 其半径可达100nm或更小。对于r 为1~0. 01um的制作方法可以将直径为纳米级金属丝, 利用化学侵蚀的方法或光学刻蚀的方法。 3纳米电极的应用 3.1 电化学反应动力学参数测量 纳米电极的充电电流及其在溶液中的IR降较小, 可在高阻抗的非水溶液中或不加支持电解质的情况下使用,同时纳米电极可进行快速扫描得到暂态情况下电化学反应的信息。电极表面的传质速率与电极的半径成反比, 因而一定尺度以下的纳米电极可以用来测量许多异相电子转移( 传递) 反应的标准速率常数. 对于一个异相电子转移反应O+ ne→ R为了测
碳纳米管在电化学中的应用
碳纳米管在电化学中的应用 【摘要】对碳纳米管修饰电极的制备方法、应用以及碳纳米管修饰电极的发展趋势作比较全面的综述。 【关键词】碳纳米管；化学修饰电极 Application of the Carbon nanotube in electrochemistry Abstract The methods of preparation, applications and developing trends of carbon nanotube modified electrodes in the field of electrochemistry were reviewed. Key words Electrochemistry Carbon nanotube modified electrodes 碳纳米管，又名巴基管(buckytube)，是1991年由日本科学家饭岛澄男(Sumio Iijima)在高分辨透射电镜(HRTEM)下发现的一种针状的管形碳单质。它以特有的力学、电学和化学性质，以及独特的准一维管状分子结构和在未来高科技领域中所具有的潜在应用价值，迅速成为化学、物理及材料科学等领域的研究热点。目前，碳纳米管在理论计算、制备和纯化生长机理、光谱表征、物理化学性质以及在力学电学、化学和材料学等领域的应用研究方兴未艾，在一些方面已取得重大突破。碳纳米管(CNT)的发现，开辟碳家族的又一同素异形体和纳米材料研究的新领域。 由于CNT具有良好的导电性、催化活性和较大的比表面积，可使过电位大大降低及对部分氧化还原蛋白质能产生直接电子转移现象，因此被广泛用于修饰电极的研究。碳纳米管在作为电极用于化学反应时能促进电子转移。碳纳米管的电化学和电催化行为研究已有不少报道。 1碳纳米管的分类 CNT属于富勒碳系，管状无缝中空，具有完整的分子结构，由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成，其中每个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子发生完全键合，各单层管的顶端有五边形或七边形参与封闭。CNT的径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，具有较大的长径比。由单层石墨片卷积而成的称为单壁碳纳米管(SWNT)，制备时管径可控，一般在1~6 nm之间，当管径>6 nm后CNT 结构不稳定，易塌陷。SWNT轴向长度可达几百纳米甚至几个微米。由两层以上柱状碳管同轴卷积而成的称为多壁碳纳米管(MWNT)，层间距约为0.34 nm。