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柔性自支撑氮掺杂还原氧化石墨烯/硅复合材料的制备及其储锂性能研究
1
作者 李东风 隋林秀 +4 位作者 张雨萱 王鹏 孙玉恒 胡兵兵 袁小亚 《化工新型材料》 北大核心 2025年第6期88-93,共6页
硅储量丰富,低放电电压和高理论比容量使其成为新一代锂离子电池负极材料的有力竞争者。但是硅负极在锂离子嵌入脱出的过程中极易粉化,导致容量快速衰减。通过调控硅与氧化石墨烯的比例,采用静电自组装法制备了柔性自支撑氮掺杂还原氧... 硅储量丰富,低放电电压和高理论比容量使其成为新一代锂离子电池负极材料的有力竞争者。但是硅负极在锂离子嵌入脱出的过程中极易粉化,导致容量快速衰减。通过调控硅与氧化石墨烯的比例,采用静电自组装法制备了柔性自支撑氮掺杂还原氧化石墨烯/硅(N-rGO@Si)复合材料。透射电子显微镜和X射线光电子能谱分析表明纳米硅颗粒被还原氧化石墨烯(rGO)片层包裹同时被氮掺杂。相比于纯硅电极,柔性自支撑复合电极的电化学性能明显提升,其中N-rGO@Si-2表现最优,在电流密度100mA/g条件下经过100次循环后可逆比容量仍保持1090.92mAh/g,这得益于碳包覆和氮掺杂,氮掺杂提高了复合材料的导电性,薄膜型石墨烯约束了纳米硅颗粒的体积变化,维持了结构和界面稳定性,并为界面提供了有效保护,使其具有优异的储锂性能。 展开更多
关键词 锂离子电池 硅碳负极 石墨烯 柔性电极
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3D多孔石墨烯在锂离子电池负极材料中的研究进展 被引量：1
2
作者 罗城城 成雪莉 +1 位作者 金湛 袁小亚 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期8-13,21,共7页
在锂离子电池的应用实例中,锂离子不能通过2D石墨烯薄片,必须绕道才能到达电解液中。导致锂离子电池的扩散距离较长,充放电速率较慢。3D石墨烯可以很好地保持2D石墨烯的高导电性、表面丰富性和机械坚固性的特性,以及独特的二维电子行为... 在锂离子电池的应用实例中,锂离子不能通过2D石墨烯薄片,必须绕道才能到达电解液中。导致锂离子电池的扩散距离较长,充放电速率较慢。3D石墨烯可以很好地保持2D石墨烯的高导电性、表面丰富性和机械坚固性的特性,以及独特的二维电子行为。多孔石墨烯不仅具有独特的孔隙结构,而且引入了丰富暴露的边缘。多孔石墨烯扩展了可能的结构和电学性能的纳米结构,可用于锂离子电池中。综述了3D多孔石墨烯的常规制备方法和3D多孔石墨烯基纳米材料在锂离子电池负极材料中的研究进展。 展开更多
关键词 锂离子电池 石墨烯 电化学
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氧化石墨烯助分散的碳纤维对水泥砂浆强度及电热性能的影响
3
作者 张惠一 蒲云东 +3 位作者 张逸舟 苏俊儒 袁小亚 胡兵兵 《化工新型材料》 北大核心 2025年第3期272-280,共9页
研究了氧化石墨烯(GO)分散的碳纤维(CF)在饱和氢氧化钙溶液中的分散性能及CF对水泥砂浆力学性能及电热性能的影响。吸光度实验表明,当GO∶CF=1∶12时,CF的分散性最佳。28d力学强度测试表明,当碳纤维掺杂质量为0.36%时,砂浆试件28d抗折... 研究了氧化石墨烯(GO)分散的碳纤维(CF)在饱和氢氧化钙溶液中的分散性能及CF对水泥砂浆力学性能及电热性能的影响。吸光度实验表明,当GO∶CF=1∶12时,CF的分散性最佳。28d力学强度测试表明,当碳纤维掺杂质量为0.36%时,砂浆试件28d抗折、抗压强度相较对照组分别提升了7.1%和6.28%。电学性能测试表明,水泥基材料的渗滤阀值为0.48%,该掺量下试件的电热性能良好,在外加220V电压下通电20min时试件表面温度可达96.5℃,80min内可将4cm厚冰层完全融化,具有优异的融雪化冰潜力。因此,分散好的GO能够助分散CF,使CF在极低掺量下赋予水泥基材料优异的力学、电热等特性。 展开更多
关键词 氧化石墨烯 碳纤维 水泥砂浆 电热性能 融冰化雪
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羟基化石墨烯对粉煤灰-水泥基复合材料性能的影响 被引量：4
4
作者 袁小亚 蒲云东 +4 位作者 桂尊曜 张惠一 杨森 金湛 曹蔚琦 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期144-151,共8页
石墨烯增强水泥基材料是目前该领域的研究热点,但石墨烯的分散性是该类研究的关键。因此,本工作采用不带羧基的羟基化石墨烯(HO-G)来研究不同掺量(0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09%,质量分数)对粉煤灰-水泥体系的工作性能、力学性能... 石墨烯增强水泥基材料是目前该领域的研究热点,但石墨烯的分散性是该类研究的关键。因此,本工作采用不带羧基的羟基化石墨烯(HO-G)来研究不同掺量(0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09%,质量分数)对粉煤灰-水泥体系的工作性能、力学性能和耐久性的影响。与粉煤灰-水泥体系相比,流动度测试表明HO-G对粉煤灰-水泥砂浆新拌浆体流动度影响不大;力学性能测试表明,HO-G能增强粉煤灰-水泥砂浆的力学性能,尤其是当HO-G的掺量为0.03%时,其28 d抗折、抗压强度分别提高了12.40%和18.48%;耐硫酸盐腐蚀和抗氯离子渗透的测试结果表明,HO-G的加入还能改善粉煤灰-水泥砂浆的耐久性。微观测试表明,粉煤灰和HO-G之间存在协同效应,HO-G能加速粉煤灰的二次水化反应以促进粉煤灰-水泥体系中更多的水化晶体生成,且凭借其模板效应可进一步规整水化晶体的生长模式和调控晶体排列结构,从而改善粉煤灰-水泥基体的微观形貌。 展开更多
关键词 羟基化石墨烯 水泥 粉煤灰 力学性能 耐久性
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一步水热法制备三维石墨烯/Fe_(3)O_(4)复合材料及其储锂性能 被引量：3
5
作者 成雪莉 张维福 +1 位作者 罗城城 袁小亚 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1066-1074,共9页
Fe_(3)O_(4)作为锂离子电池负极材料,在充放电时体积变化较大,导致其容量衰减严重。目前,碳包覆是解决这个问题的主要方式之一。本工作以氧化石墨烯(GO)和Fe^(2+)为原料,用一步水热法合成了三维石墨烯片包覆Fe_(3)O_(4)纳米颗粒3DG@Fe_(... Fe_(3)O_(4)作为锂离子电池负极材料,在充放电时体积变化较大,导致其容量衰减严重。目前,碳包覆是解决这个问题的主要方式之一。本工作以氧化石墨烯(GO)和Fe^(2+)为原料,用一步水热法合成了三维石墨烯片包覆Fe_(3)O_(4)纳米颗粒3DG@Fe_(3)O_(4)复合材料。使用傅里叶红外光谱(FT-IR)仪、热重分析(TGA)仪、X射线衍射(XRD)仪、拉曼光谱(Raman)仪、扫描电子显微镜(SEM)对复合物进行表征,研究结果表明,复合材料呈现石墨烯(G)片包覆Fe_(3)O_(4)纳米颗粒的三明治结构。同时采用了恒流充放电(GCPL)、循环伏安(CV)以及交流阻抗(EIS)等电化学测试方法,着重研究了Fe_(3)O_(4)含量对其电化学性能的影响,Fe_(3)O_(4)质量分数为83.2%的3DG@Fe_(3)O_(4)-2电极具有最高的比容量和循环性能,在0.1 A/g的电流密度下的首次放电比容量为1412.33 mAh/g,循环100次后的放电比容量为577 mAh/g,是纯Fe_(3)O_(4)电极材料经历100次循环后的6.5倍。一步水热合成方法具有操作简单、合成条件温和及无需额外添加还原剂等优点;制备的复合电极相比纯Fe_(3)O_(4)具有电极容量高、循环稳定性能好的优势,有助于推动Fe_(3)O_(4)基负极材料在电化学领域中的应用。 展开更多
关键词 水热法 碳包覆 四氧化三铁(Fe_(3)O_(4)) 锂离子电池 负极材料
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氧化石墨烯/热还原氧化石墨烯改性砂浆的力学/电学性能研究 被引量：5
6
作者 曹蔚琦 魏致强 +2 位作者 刘川 张琨念 袁小亚 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1111-1116,共6页
研究了热还原氧化石墨烯(TRGO)和氧化石墨烯(GO)在水泥砂浆环境下的分散机理,探索了这两种导电相的单掺和复掺对砂浆力学/电学性能的影响。研究表明GO对TRGO在富钙高碱环境下的分散有促进作用,且分散最佳质量比(%)为3∶10;与TRGO单掺相... 研究了热还原氧化石墨烯(TRGO)和氧化石墨烯(GO)在水泥砂浆环境下的分散机理,探索了这两种导电相的单掺和复掺对砂浆力学/电学性能的影响。研究表明GO对TRGO在富钙高碱环境下的分散有促进作用,且分散最佳质量比(%)为3∶10;与TRGO单掺相比,复掺GO能促进砂浆水化产物形成片状结构并互相交织,使得力学性能显著提升,当w(GO)∶w(TRGO)=0.3∶1.0时,28 d抗折强度和抗压强度与单掺TRGO相比提升了21.34%和34.52%,随着掺量增加力学性能反而下降;水泥砂浆的电导率随着GO与TRGO导电相的增加而增大,当w(GO)∶w(TRGO)=0.12∶0.4时,28 d龄期试件的电阻率呈现突变现象,表明该体系出现渗滤阈值;保持分散最佳比例下当TRGO大于0.7%(质量分数)之后,增加掺量对电阻率的影响趋于平缓且走低的趋势,表明TRGO掺量0.7%(质量分数)为试件电阻率的添加阈值。 展开更多
关键词 氧化石墨烯 热还原氧化石墨烯 砂浆 力学性能 电学性能
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氮掺杂冰粉基碳包覆Fe_(3)O_(4)及其储锂性能研究
7
作者 隋林秀 俞丽芯 +7 位作者 罗城城 胡单单 石津津 李力 孙玉恒 胡兵兵 曹蔚琦 袁小亚 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1016-1024,1030,共10页
碳包覆策略是能有效解决锂离子电池负极用过渡金属氧化物(TMO)材料在充放电过程中体积膨胀/收缩造成的粉化难题的一种有效途径。采用生物基可食用冰粉作为碳源与草酸高铁铵的水凝胶作为前驱物,经一步高温热解制备氮掺杂的冰粉基碳包覆Fe... 碳包覆策略是能有效解决锂离子电池负极用过渡金属氧化物(TMO)材料在充放电过程中体积膨胀/收缩造成的粉化难题的一种有效途径。采用生物基可食用冰粉作为碳源与草酸高铁铵的水凝胶作为前驱物,经一步高温热解制备氮掺杂的冰粉基碳包覆Fe_(3)O_(4),采用XRD、SEM、TEM、XPS、TGA、拉曼光谱、恒电流充放电测试、循环伏安和电化学阻抗谱等方法对样品的形貌、结构和电化学性能进行研究。结果表明,该方法可快速大量制备氮掺杂碳包覆Fe_(3)O_(4)多孔复合材料(N-C@Fe_(3)O_(4)),通过调整原料配比和热处理条件,获得优异的电化学性能。N-C@Fe_(3)O_(4)-5作为锂离子电池负极材料具有良好的循环稳定性(在0.1 A/g电流密度下循环下80圈保持762.74 mAh/g比容量)和较高的倍率性能。相关机理研究表明N-C@Fe_(3)O_(4)复合材料良好倍率性能主要来源于赝电容容量的贡献。复合材料优异的电化学性能是由于碳包覆能够防止纳米颗粒团聚,提高导电性以及形成稳定的固体电解质界面(SEI)膜。冰粉基碳包覆TMO是一种改善其电化学储锂性能的有效途径,可推广并改善其他锂离子电池氧化物负极的储锂性能。 展开更多
关键词 锂离子电池 Fe_(3)O_(4) 碳包覆 冰粉
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羟基化石墨烯对水泥基渗透结晶型防水材料力学性能的影响 被引量：7
8
作者 张惠一 桂尊曜 +3 位作者 蒲云东 齐孟 曹蔚琦 袁小亚 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2023年第5期1569-1577,1588,共10页
使用羟基化石墨烯(HO-G)改性水泥基渗透结晶型防水材料(CCCW),不仅能够提升结构整体的力学性能,还能在一定程度上降低成本。本文研究了木质素磺酸钠(SL)对HO-G分散能力的影响和HO-G对CCCW力学性能的影响。结果表明:当m(HO-G)∶m(SL)=1∶... 使用羟基化石墨烯(HO-G)改性水泥基渗透结晶型防水材料(CCCW),不仅能够提升结构整体的力学性能,还能在一定程度上降低成本。本文研究了木质素磺酸钠(SL)对HO-G分散能力的影响和HO-G对CCCW力学性能的影响。结果表明:当m(HO-G)∶m(SL)=1∶4时,HO-G在Ca(OH)2中的分散性最佳;当HO-G掺量为0.03%(质量分数)时,HO-G砂浆试件的3、28 d抗压强度较基准试件分别提升了37.69%、33.05%,3、28 d抗折强度分别提升了17.31%、31.52%,HO-G改性后的CCCW涂层试件较单独掺加CCCW涂层试件的抗渗压力比提高了127个百分点;SL能够促进HO-G在水泥基材料中的分散,HO-G在砂浆基质中发挥了填充作用和模板作用,增强了水化产物的密实度,进而提高了材料的力学性能。 展开更多
关键词 水泥基材料 羟基化石墨烯 渗透结晶型防水材料 分散性 力学性能 抗渗性能
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超级电容器用生物质基多孔炭的研究进展 被引量：13
9
作者 Majid Shaker Ali Asghar Sadeghi Ghazvini +2 位作者 曹蔚琦 Reza Riahifar 葛奇 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期546-572,共27页
在最近的几十年中,超级电容器(SC)已在电化学能量存储设备中获得了更为重要的地位。SC为使用寿命长的能量存储设备提供了可观的功率密度和令人满意的能量密度,适用于多种应用。因此,这些装置的进一步发展依赖于提供合适,低成本,环境友... 在最近的几十年中,超级电容器(SC)已在电化学能量存储设备中获得了更为重要的地位。SC为使用寿命长的能量存储设备提供了可观的功率密度和令人满意的能量密度,适用于多种应用。因此,这些装置的进一步发展依赖于提供合适,低成本,环境友好和丰富的材料作为SC的电极活性材料。在用于SC的电极材料中,活性炭表现出优异的性能。它们具有优异的电化学效率,高比表面积,高吸附性,可调节的表面化学性质,快速的离子/电子传输,低成本和丰富的特性,使其成为SC电极的最佳材料。如果从生物质前驱体制备活性炭,则可以协同增强这些优势。由于生物质为可再生来源,低成本,便捷的加工过程以及对环境的友好性,研究者们将注意力集中在生物质上。在本文中,试图全面了解作为电化学储能装置的SC的基本原理。然后,对各种来源的生物质进行分类和分析。最后,讨论了这些生物质前驱体作为SCs电极材料的应用和活化技术。 展开更多
关键词 超级电容器 电极 多孔炭 生物质 活化
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石墨烯与羟基化石墨烯复掺对水泥砂浆性能的影响
10
作者 张逸舟 苏俊儒 +4 位作者 郑城 王迎豪 蒲云东 张惠一 袁小亚 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2024年第11期3968-3975,共8页
为了解决石墨烯(G)在水泥浆体中易团聚的问题,本文采用分散性较好的羟基化石墨烯(HO-G)与石墨烯复掺的方法来改善石墨烯的团聚现象,研究了不同质量比石墨烯与HO-G复掺对水泥砂浆力学性能和耐久性的影响,并对28 d的砂浆试样进行了MIP、SE... 为了解决石墨烯(G)在水泥浆体中易团聚的问题,本文采用分散性较好的羟基化石墨烯(HO-G)与石墨烯复掺的方法来改善石墨烯的团聚现象,研究了不同质量比石墨烯与HO-G复掺对水泥砂浆力学性能和耐久性的影响,并对28 d的砂浆试样进行了MIP、SEM和XRD微观测试。结果表明,石墨烯与HO-G复掺后展现出更显著的增强增韧效果,同时改善了水泥砂浆的耐久性,但对水泥砂浆工作性能影响较小。当石墨烯与HO-G复掺的质量比为3∶7时,水泥砂浆力学性能达到最佳,与空白组相比,28 d抗折强度、抗压强度分别提升了11.1%和26.2%。石墨烯与HO-G复掺能够细化水泥砂浆内部的孔隙,调控水泥水化产物的生长,促使水泥石内部结构更加规整致密,进而提升水泥砂浆试件的耐久性。 展开更多
关键词 石墨烯 羟基化石墨烯 水泥砂浆 流动度 力学性能 耐久性
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