关键词： 多孔碳   三维结构   杂原子掺杂   超级电容器  

摘要： 多孔碳材料由于导电性良好、成本低、比表面高和化学稳定性优异等特征,被认为是超级电容器的突出候选材料之一。然而,目前最大的挑战是碳基超级电容器面临低的比电容以及低的能量密度问题。为了应对这一挑战,设计合适结构的多孔碳材料尤其重要。构建具有三维多孔结构的碳材料不仅能够增大比表面积和导电性,还能够提供丰富的离子扩散通道,所以三维多孔碳材料应用于超级电容器中用具有广阔的前景。本论文以磺化氧化石墨烯（SGO）为碳源,通过与聚合物进行交联固化,并采用碳化-活化的方法构建三维结构的多孔碳,同时引入适量的杂原子来提高电极材料的电化学性能。具体的研究内容如下: 基于SGO/聚乙烯醇（PVA）/三聚氰胺甲醛树脂（MF）共交联制备具有三维交联网络结构的前驱体,并采用碳化-活化的两步法制备了一系列的氮/硫共掺杂的三维多孔碳,探究了不同SGO与KCl的质量比对多孔碳材料形貌、孔径、富含元素以及电化学性能的影响。结果表明ASNPC-1（SGO:KCl的质量比为1:4）具有3281.2 m?g的超高比表面积,适量的杂原子掺杂（氮、硫含量分别为1.52%和5.70%）以及优良的电化学性能。在0.5 A?g时,ASNPC-1拥有386.1 F?g的比电容。由于其独特的孔结构,ASNPC-1显示出良好的倍率性能,在50 A?g时电容保持率为61.9%。此外,组装的对称超级电容器在6 M KOH电解质中的功率密度为700 W?Kg时,实现了14.4 Wh?Kg的高能量密度。 SGO、聚丙烯酰胺（PAM）和尿素、KOH分别作为碳源、氮源和活化剂,采用交联-碳化-活化的工艺制备了一系列氮掺杂三维互联分级多孔碳材料。通过改变尿素与PAM含量来调节分级多孔碳材料中的形貌和氮掺杂量,对制备的多孔碳材料进行电化学测试确定最佳的尿素与PAM的含量。基于最佳性能的多孔碳HPC-4-0.5（尿素:SGO:PAM的质量比为4:1:0.5）,探索了不同质量比的KOH活化HPC-4-0.5对多孔碳材料的形貌、孔径、杂原子含量以及电化学性能的影响;结果表明KHPC-4（KOH与HPC-4-0.5的质量比为4:1）显示出最佳的性能。KHPC-4具有丰富的杂原子含量（氮含量为1.06%,氧含量为6.34%）,超高的比表面积(3061.4 m?g)。在0.5 A?g的电流密度下,KHPC-4获得了300.4 F?g的比电容。且在75 A?g的高电流密度下电容保持率为68.9%,显示出突出的倍率性能。组装的对称KHPC-4超级电容器在10 A?g下经过5000次循环后电容电容仍能保持91.0%。KHPC-4基对称器件在700 W?Kg时实现了16.0 Wh?Kg的高能量密度。

摘要： 本发明涉及导热材料领域，具体公开了一种层状碳纤维石墨烯气凝胶导热骨架材料及其制备方法，包括以下步骤:S1:将氧化石墨烯粉末、碳纤维粉末和络合剂加入水中混合，得到碳纤维氧化石墨烯分散液; S2:取所述碳纤维氧化石墨烯分散液用冰晶模板法双向冷冻制备得到层状碳纤维氧化石墨烯水凝胶; S3:将所述碳纤维氧化石墨烯水凝胶冷冻干燥，得到层状碳纤维氧化石墨烯气凝胶; S4:将所述层状碳纤维氧化石墨烯气凝胶于900～1100℃的高温下反应80～120min，即得到所述层状碳纤维石墨烯气凝胶。

关键词： 氧化石墨烯   COFs   纳滤膜   稳定性  

摘要： 水污染严重已经成了当今世界各国面临的一个重大挑战,人们迫切需要开发高效环保的水处理技术。纳滤膜技术由于对小分子的高选择性、低碳环保等优势而具有广阔的应用前景。然而,传统纳滤膜由于渗透通量和截留率之间的制约关系而阻碍了进一步发展。氧化石墨烯（GO）作为二维材料的一种,具有分散性好、容易加工等优点,因此便于制备成纳米层状膜。但是GO膜过小的片层间距以及曲折的传输路径,导致了较低的渗透通率。同时GO膜在溶剂中无法避免的溶胀会破坏膜的完整性。而COFs材料由于独特的孔结构和出色的稳定性可以有效的改善这些问题,但它较差的加工性很难保证膜的连续性。因此,将两种材料结合起来实现高性能分离是非常有前景的研究方向。 首先,对GO膜的制备工艺条件进行了探究,确立了压力辅助过滤法进行复合膜的制备。为了解决GO膜通量低的问题,选用了COFs-Tp Pa作为纳米填充物来提高GO膜的层间距,通过多种表征方法证明了Tp Pa纳米片的成功引入。确认了0.3 mg的Tp Pa添加量是最佳的,该复合膜有70 L·m-2·h-1·bar-1的渗透通量,对不同电性的染料都能保持85%以上的截留率。采用VC热还原法对GO进行了10 min的还原,复合膜渗透通量提高至90 L·m-2·h-1·bar-1,对不同电性染料依然有80%以上的截留率,还原后的复合膜在水中可以保持更好的结构稳定性。同时,复合膜对无机盐的截留效果可以忽略,有助于实现染料和盐的高效分离。 其次,为了改善Tp Pa纳米片的分散性,本研究采用前处理的方法制备了带有亲水基团的SO3H-Tp Pa。磺酸基团的引入使同等配比的复合膜性能进一步提高,渗透通量可达130 L·m-2·h-1·bar-1,仍能对不同电性染料保持80%以上的截留率。所制备的复合膜在染料-甲醇体系中有着超过200 L·m-2·h-1·bar-1的渗透通量和90%以上的分离效率,对乙醇、异丙醇体系也展现了较好的分离效果。在CV水溶液中经过长达24 h的运行稳定性测试后,该膜仍能保持80%以上的截留率和140 L·m-2·h-1·bar-1的通量。SO3H-Tp Pa作为填充物可以有效的减缓GO膜的溶胀,提高稳定性。 本研究提供了一种高性能GO/COFs复合纳滤膜的制备策略,并通过还原、引入官能团的调控手段使复合膜分离性能进一步提高。为新型纳滤膜的构建及应用提供了理论依据和技术支撑。

关键词： 全固态离子选择性电极   微电极   COF@石墨烯复合材料   镉   膝沟藻毒素  

摘要： 实现海水中麻痹性贝毒的现场快速检测有助于厘清毒素的时空分布特征及迁移转化规律,为麻痹性贝毒的污染预警提供科学依据。然而,目前常用的检测方法仅适用于实验室分析,不能满足现场快速检测的需求。针对这一问题,本论文将系统研究基于全固态离子选择性电极用于麻痹性贝毒高灵敏快速检测的新方法。通过选择合适的固体接触层材料,构建高稳定性、高重现性的全固态离子选择性电极;采用微电极技术,构建全固态离子选择性微电极;通过合成核酸适配体功能化磁性微球以及引入核酸酶,以全固态离子选择性微电极为换能器,实现麻痹性贝毒的高灵敏快速检测。研究工作的概述如下:1、基于DAAQ-TFP@rGO固体接触层的全固态镉离子选择性电极本工作提出了一种基于共价有机框架@石墨烯复合材料的全固态离子选择性电极。该复合材料由1,3,5-三醛基间苯三酚(TFP)和2,6-二氨基蒽醌(DAAQ)在石墨烯基底上缩合而形成,具有较大的电容和良好的氧化还原活性。将镉离子选择性电极作为研究模型,所制备的电极在1.0×10～7.9×10 mol?L的Cd活度范围内的能斯特响应斜率为29.7±0.4 m V/dec,检出限为6.8×10 mol?L。由于DAAQ-TFP@rGO的电容高达2.0 m F,因此基于DAAQ-TFP@rGO的电极在70 h开路电位测试中的电位漂移值仅为1.2±0.2μV/h。此外,制备的电极还具有良好的重现性,同批次电极与不同批次电极间E的标准偏差分别为0.28 m V(n=4)和0.30 m V(n=4)。电极不受光照和气体的干扰,并且在固体接触层和敏感膜之间未出现水层。2、基于电沉积DAAQ-TFP@rGO固体接触层的全固态镉离子选择性微电极基于DAAQ-TFP@rGO作为固体接触层时所表现出的优良特性,本工作进一步通过电沉积的方式,在直径约50μm的金微电极表面沉积了DAAQ-TFP@rGO固体接触层,制备了全固态镉离子选择性微电极。制备的全固态镉离子选择性微电极具有良好的稳定性,其电位漂移值仅为7.5±1.1μV/h。此外,电极在p H=3的盐酸背景下对Cd响应的能斯特斜率为27.4±0.4 m V/dec,活度范围为8.7×10 M～7.6×10 mol?L,检出限低至3.2×10 mol?L。由此可见,所制备的全固态镉离子选择性微电极具有体积小,稳定性好,灵敏度高的特点,能够作为换能元件,为实现麻痹性贝毒的高灵敏快速检测提供技术支持。3、基于核酸适配体功能化磁珠与核酸酶的全固态镉离子选择性微电极法检测膝沟藻毒素现阶段全固态离子选择性电极已用于检测麻痹性贝毒,但检测方法选择性差,灵敏度低。基于此,本章节将高特异性的核酸适配体作为识别分子,构建了Cd S标记的核酸适配体功能化磁珠,并引入核酸酶辅助放大策略,以上章节中构建的高灵敏全固态镉离子选择性微电极为换能元件,实现麻痹性贝毒的高灵敏快速检测。以膝沟藻毒素1/4为例,最优条件下,该检测体系对膝沟藻毒素1/4检测的线性范围为10～100pmol?L,检出限为4.09 pmol?L。此方法具有普适性,通过使用相对应的核酸适配体有望实现其它麻痹性贝毒的检测。

关键词： 石墨烯   二氧化钛   铁基金属有机框架   光催化   复合纳米纤维膜  

摘要： 近年来,半导体光催化技术以其绿色、高效和可持续的氧化降解作用,逐渐成为水体净化领域的研究热点。在半导体光催化剂中,二氧化钛（TiO）和铁基金属有机框架（Fe-MOFs）分别作为传统和新型光催化剂的代表,因其稳定的化学性质、出色的光催化性能和良好的生物相容性而得到广泛关注,但也存在着可见光利用率低、量子效率低和分离回收难等问题。值得注意的是,石墨烯是一种单原子厚度的二维材料,具有超高的比表面积、稳定的化学结构和优异的电子转移能力,不仅能有效负载半导体纳米颗粒,还能促进光生载流子的分离与转移,进而显著提高半导体材料的光催化活性。因此,本文通过将TiO和Fe-MOFs与石墨烯原位复合,并结合静电纺丝技术,开发出可见光驱动、高催化活性和易回收的石墨烯基半导体复合纳米纤维膜,实现了对有机染料的高效降解。本文的主要研究内容如下: 首先,开发了一种化学-水热协同还原法制备高品质石墨烯的新策略。先使用硼氢化钠对氧化石墨烯（GO）进行去羰基化处理,再进行180℃水热处理去除GO上残留的环氧基团与羟基。所制备的石墨烯电导率高达1249.7 S·m,远高于一步还原法制备的石墨烯。通过测试表征发现,石墨烯上sp杂化结构的恢复显著增强了其电子输送能力。本研究揭示了石墨烯的结构与电学性质的内在联系,为石墨烯基半导体复合材料的构建提供了重要的理论基础。 接着,将还原氧化石墨烯（rGO）和硫酸钛分别作为石墨烯和TiO的前驱体,通过原位生长法在水热条件下将TiO纳米颗粒原位负载在石墨烯上,构建出一种三维多孔的TiO/石墨烯复合气凝胶。研究发现,粒径为9 nm的TiO纳米颗粒均匀地生长在石墨烯薄片上,显著增强了其界面电荷转移和光催化活性。在紫外光下,TiO/石墨烯复合气凝胶在120 min内对亚甲基蓝（MB）和C.I.活性红24（RR24）的降解效率均超过99%。另外,通过光电化学实验发现,石墨烯的引入减小了半导体光催化剂的带隙,并有效促进了光生电荷的分离与转移,从而显著提高了光催化活性。 为了实现在可见光下对染料的高效降解,采用原位生长法将多种Fe-MOFs（MIL-53、MIL-88A和MIL-100）与GO结合,成功制备出三种可见光驱动的Fe-MOFs/石墨烯复合材料。在可见光/HO体系中,Fe-MOFs/石墨烯复合材料比本征Fe-MOFs具有更高的光催化活性。特别地,MIL-88A/石墨烯复合材料的光催化活性最高,在60 min内对染料的降解效率接近100%。另外,通过能带结构和活性物质分析,解释了Fe-MOFs/石墨烯复合材料在可见光/HO体系中的光催化机理。 针对纳米光催化剂分离回收难的问题,将MIL-88A晶体原位负载在聚乙烯醇/海藻酸钠/氧化石墨烯（PVA-SA-GO）静电纺纳米纤维膜上,构建出具有光催化自清洁功能的MIL-88A@石墨烯基复合纳米纤维膜。研究发现,该复合膜在可见光辐射90 min后可将染料完全降解,并且通过简单的光催化自清洁处理,便可实现膜的再生。 为了进一步提高光生载流子的利用效率,通过在聚偏氟乙烯/聚乙烯吡咯烷酮（PVDF-PVP）纳米纤维膜上原位合成TiO/r GO/MIL-100三元异质结,构建出石墨烯基Z型异质结复合纳米纤维膜。通过光电化学测试和能带结构分析发现,石墨烯基Z型异质结不仅有效地抑制了光生电子-空穴对的复合,还保留了TiO和MIL-100上较强的氧化还原电势,从而显著增强了半导体光催化剂对有机污染物的氧化分解能力。在模拟太阳光下,石墨烯基Z型异质结复合纳米纤维膜对染料的降解效率接近100%。此外,该复合膜对阳离子染料具有良好的筛分性能,并且能高效地分离油水乳液,在水净化领域具有广阔的应用前景。

关键词： 镀铜石墨烯   铝基复合材料   微观组织   力学性能  

摘要： 本文采用真空热压烧结技术制备石墨烯增强6061铝基复合材料,通过化学镀的方法将铜覆盖在石墨烯表面,即镀铜石墨烯增强相,随后使用三维混料机将镀铜石墨烯与6061铝合金粉末混合均匀,通过粉末冶金的方法制备了不同含量镀铜石墨烯增强相增强铝基复合材料。对其微观组织和力学性能进行分析对比。首先将不同含量镀铜石墨铝基复合粉末混制,经真空热压烧结成型后进行热处理,然后进行热轧,得到坯料后切割成实验所需尺寸,最后进行各项实验。通过光学金相显微镜、SEM、EDS、XRD等设备对复合材料微观组织、石墨烯分散均匀性、界面结合情况进行观察。发现石墨烯主要分布位置为晶界处,低含量石墨烯能在复合材料中均匀分布,复合材料晶粒尺寸变小,未发现界面反应产物AlC;高含量石墨烯在基体中发生团聚现象,且分布不均匀,晶粒细化效果明显减弱,在1%含量中发现存在AlC。0.5%含量石墨烯铝基复合材料在晶粒尺寸和分散度方面表现最佳。通过硬度实验、拉伸实验、摩擦磨损实验、热膨胀系数测定对镀铜石墨烯增强铝基复合材料样品进行性能分析。硬度实验得出数据表明,随着石墨烯含量的增大,复合材料硬度表现为先增加后减小,当增强相含量为0.75%时达到最大值86.5HV。拉伸实验数据分析可知,石墨烯的加入提高了复合材料的抗拉强度,石墨烯含量为0.5%时,复合材料抗拉强度达到264MPa,改善效果最佳;0.5%含量时屈服强度达到峰值214MPa,且在石墨烯含量过大时(含量1%)屈服强度同样得到了较大提高;断后延长率随着石墨烯含量的增大而减小;断口形貌观测到韧性断裂和脆性断裂同时存在。摩擦磨损实验得到结果,磨损机制存在分层磨损和磨粒磨损,0.5%含量的复合材料具有最佳的抗磨损能力。0.5%含量时具有最低的热膨胀系数,且随着温度升高具有最稳定的热膨胀能力。将纯6061铝合金与同方法制作的不同镀铜石墨烯含量(0.3%、0.5%、0.75%、1.0%)铝基复合材料进行对比。对比实验数据得出,石墨烯含量在0.5%时对基体综合强化能力最好,在抗拉强度、屈服强度、抗磨损能力及热膨胀能力均具有最好的性能。

关键词： 锂硫电池   正极材料   二硒化钴碳纳米线   石墨烯   自组装   三明治结构   倍率特性   循环稳定性  

摘要： 能源危机和环境问题变的日益严重迫使人类加快了对可再生能源的开发。不稳定的能源供应又加剧了人类对可持续和更稳定能源供应的向往。锂硫电池因成本低廉、环境友好、高理论比容量和能量密度等诸多优势得到了广泛关注。然而，单质硫及其放电产物硫化锂（Li2S、Li2S2）的绝缘性导致电极材料导电性差，充放电产物可溶多硫化物在电极间的“穿梭效应”导致容量的不可逆损失，硫正极放电过程的体积膨胀容易破坏正极结构的稳定性等问题，都严重阻碍了锂硫电池的商业化运用。为了解决上述问题，本论文从锂硫电池正极材料及其结构角度出发，构筑二硒化钴碳纳米线（CoSe2-CNWs）和石墨烯自组装的三明治结构，以提高锂硫电池性能，主要研究内容如下：　　（1）通过水热方法，使用螯合剂氨三乙酸（NTA）制备了 CoSe2颗粒镶嵌的导电碳纳米线（CoSe2-CNWs），并利用 CoSe2-CNWs 与 rGO（还原氧化石墨烯）自组装构建三明治结构的复合材料 CoSe2-CNWs@rGO。用 CoSe2-CNWs@rGO作为硫载体，由于rGO片和活性硫交替排列，特殊的夹层状结构可以最大限度的利用硫并能缓冲循环过程中的体积变化。并且三明治结构中的rGO片可以将多硫化物物理限制在正极内部，减缓多硫化物的穿梭效应，rGO的高导电性同时有利于电子快速传输，提升电池的动力学。由于CoSe2的极性和高导电性的协同作用，层间的CoSe2-CNWs网络还可以有效的化学吸附多硫化物，促进离子/电子转移并改善电化学反应动力学。与CoSe2-CNWs/S和Co-CNWs/S相比CoSe2-CNWs@rGO/S 电极的电池性能得到了显著的改善。其初始放电比容量从0.1 C时的1137.9 mAh g-1下降至2 C的649.7 mAh g-1，表现出最佳的倍率性能;其循环放电容量，在0.5 C情况下，经过150次循环后，从975.4 mAh g-1缓慢下降至839.7 mAh g-1，容量保持率高达86.1%，平均每个循环仅衰减0.093%。　　（2）通过氮掺杂石墨烯（NG）与CoSe2-CNWs进行自组装构成三明治结构CoSe2-CNWs@NG作为硫正极的硫载体。氮掺杂石墨烯以及层间CoSe2-CNWs相互交叠形成的导电网络可以有效减小界面电阻，为电子/离子的快速传输提供高速迁徙通道，此外CoSe2-CNWs的极性可以锚定多硫化物，从而减缓穿梭效应。三明治结构特点可以将多硫化物限制在层间，阻止多硫化物的扩散，同时石墨烯由于氮掺杂引入大量活性位点，可以对多硫化物有着催化和吸附作用。三明治的夹层结构为高剂量的硫注入提供了大量的空间，并确保活性硫与 NG 和 CoSe2-CNWs有极大的接触面积，缩短电子/离子的迁移路径，加速电化学动力学。基于上述优点，我们提高了CoSe2-CNWs@NG/S电极的载硫量（4.02 mg cm-2），在高倍率和低电解液/硫（E/S）比的情况下，系统研究了CoSe2-CNWs@NG/S正极材料的电化学性能。结果显示，CoSe2-CNWs@NG/S显示出良好的倍率特性和优异的循环稳定性，在高倍率（10 C）和高载硫（4.02 mg cm-2）情况下，1000次循环后其容量为311.7 mAh g-1，平均每个循环仅衰减率0.023%。即使在低E/S（5 uL mg-1）比情况下，电极在1 C下循环150次后容量依然能保持622.7 mAh g-1，容量保持率为90.6%，表明在贫电解液下，该电极依然拥有良好的性能。

关键词： 3,3-对环芳烃   石墨烯   六方氮化硼   脱耦合行为   金属表面  

摘要： 扫描隧道显微镜可以实现对吸附在金属表面分子体系的高精度表征。但吸附分子体系与金属表面间通常存在的较强的相互作用，可能对其内禀属性产生影响，不利于对分子本身性质的研究。为了避免这一问题，实验上可通过在吸附分子与金属表面之间引入具有绝缘性质的绝缘层，以降低金属表面对吸附分子性质的影响。本论文使用密度泛函理论，研究了氯化钠(NaCl)、石墨烯、六方氮化硼(h-BN)等实验中常用的脱耦材料对分子体系在金属表面吸附行为的影响，并对其电子结构、电荷转移等性质进行了理论计算。基于计算结果，对不同材料的脱耦合性能进行了分析。本论文工作主要包括以下两部分：　　1.对具有独特双层结构的环芳烃分子在N(N=0-4)层NaCl/Au(111)异质结表面上的吸附行为进行了研究。利用PBE泛函，在考虑范德华校正DFT-D3(BJ)的情况下，计算了分子在不同表面的吸附性质，并将分子在裸金表面和在不同层数NaCl上的吸附行为进行了对比。通过对吸附位点几何与电子结构的分析可以发现，单层NaCl并不能有效脱耦合分子，而随着NaCl层数不断增加，分子的吸附位点也会由Na原子顶位转移至Cl原子顶位。同时，在这一过程中吸附能以及电荷转移也逐渐收敛。加入三层NaCl后，便可以很好的将分子与金属衬底脱耦合，并对金属衬底与分子间的直接电荷转移发生有效的隔绝。这一工作不仅可以更好的帮助我们理解具有双层结构的环芳烃分子的吸附性质，也可以进一步为调控分子内层间电荷转移的分子开关相关研究奠定基础。　　2.对近期实验中常用的由两种二维材料(石墨烯和h-BN)与Au(111)表面形成的异质结构进行了理论计算，并研究了镁卟啉(MgP)分子在其表面的吸附行为。由于石墨烯以及h-BN与金构建的异质结表面具有摩尔条纹，所以两种材料形成异质结对应的表面功函数有明显差异。在分子吸附性质的研究中，我们首先考虑了摩尔纹的凹陷与凸起位置对分子吸附能的影响。通过对吸附位点以及电子结构的分析发现，在h-BN/Au(111)面上分子更倾向于吸附在摩尔纹的突出位置，在石墨烯/Au(111)面上分子更倾向于吸附在摩尔纹的凹陷位置。在h-BN/Au(111)面上，N原子与分子相互作用强于B原子，MgP中金属原子也更倾向于吸附在N原子顶位上。而在石墨烯/Au(111)面上，MgP中金属原子更倾向于吸附在C-C桥位上，这可能与石墨烯中C-C共价作用为非极性有关。两种材料均有效的降低了分子与金属表面之间的电荷转移，表明其十分适合作为脱耦合层使用。

关键词： 石墨烯   碳纳米管   超级电容器   过渡金属氧化物   纺织结构  

摘要： 在智能化时代,可穿戴电子设备的迅速发展对能量储存技术发展提出了更高的要求。作为一种能量存储的重要载体,柔性碳基超级电容器不仅可设计为一维状态,以纤维结构编织或纱线结构融入织物中,也可以平面状态贴附在织物或皮肤表面。柔性碳基纺织结构超级电容器因其功率密度高、充放电速率快、轻质、安全、可编织等特点而受到业内的广泛关注。目前,对于柔性碳基纺织结构超级电容器的研究,开发兼具高能量和高功率密度的碳基纺织结构的超级电容器电极是其重要内容。 本论文聚焦碳基改性复合纤维（纱线）电极及超级电容器织物的研制,并在复合电极材料的制备与结构调控、超级电容器器件组装等方面开展了系列研究工作。首先,基于氧化石墨烯（GO）的高比表面积和易于修饰化学改性等特点,制备了具有皮芯结构的氮掺杂还原氧化石墨烯纤维（NSG@GF）,并较为系统地研究了其形貌结构对电化学性能的影响;第二,本论文基于碳纳米管纱线（CNTY）比表面积和比电容低等缺点,使用过氧化氢溶液（H2O2）对CNTY进行改性,并引入亲水官能团打开碳纳米管表面间隙,成功将氧化镍（NiO）负载到CNTY表面,实现了氧化镍碳纳米管复合纱线（NiO/CNTY）的制备,为高电容量纱线状超级电容器电极的开发提供了新的研究思路;第三,继续采用过氧化氢溶液对CNTY进行改性的方法,将CNTY和具有高比电容的锰氧化物（MnOx）赝电容材料进行复合,制备出高性能的氧化锰碳纳米管复合纱线状（MnOx/CNTY）超级电容器,并组装成储能器件;第四,以柔性碳纤维织物作为基底材料,采用一步水热和两步浸渍煅烧法,通过负载氧化镍（NiO）和还原氧化石墨烯（rGO）,构筑了氧化镍还原氧化石墨烯碳纤维织物（NiO@rGO/C）;第五,为了获得更宽的电压窗口,采用一步水热和煅烧法,研制出氧化锰还原氧化石墨烯碳纤维织物（MnO@rGO/C）,并将其组装成三明治型柔性超级电容器储能器件。论文主要工作如下: 在第二章,将吡咯（PY）单体作为氮源,与小尺寸的氧化石墨烯溶液（SGO）混合,合成导电聚合物聚吡咯（PPy）,经多次浸渍和高温煅烧设计,制备了NSG@GF电极材料。NSG@GF具有155 S/cm的高电导率。在电流密度为0.1m A/cm2时,氮掺杂还原氧化石墨烯纤维状超级电容器（NSG@GF FSSC）的面积比电容为38.3 m F/cm2,是湿法纺丝制备的纯还原氧化石墨烯纤维状超级电容器（GF FSSC）的2.60倍。NSG@GF FSSC的能量密度为3.40μWh/cm2。在电流密度为0.1 m A/cm2时充放电5000循环,NSG@GF FSSC电容保持率可达98.2%,体现出较长的循环寿命和优异的稳定性。 在第三章,使用H2O2浸渍处理CNTY,并引入表面亲水官能团打开碳纳米管纱线的表面间隙,为NiO提供较多的结合位点,实现较高负载量NiO沉积到CNTY内部和表面。以此获得的NiO/CNTY复合纱线电极能够为电解液中离子传输和存储提供更多路径和空间。经研究表明,经过30分钟H2O2处理的CNTY的面积比电容是CNT电极材料的1.78倍,这是因为H2O2后的碳纳米管纱线表面上产生了丰富的含氧官能团,使CNTY与电解液产生良好浸润接触,从而有利于形成双电层电容。进一步研究表明,在5 m V/s扫描速率下,水热合成法制备的NiO/CNT复合纱线电极在4.13 mg/cm长度负载下的面积比电容达427.02m F/cm2,是纯CNTY的10.43倍。在5 m A/cm2电流密度时,NiO/CNTY复合纱线电极的能量密度为9.49μWh/cm2,放电时间可达372 s,在10000次的循环充放电测试后,电容保持率为85.7%。究其原因,在于NiO嵌入CNTY,既能有效填补碳纳米管的孔隙结构,提高负载量和碳纳米管的利用率,又能引入赝电容,使得材料的比电容、能量密度等电化学性能获得协同提升。 在第四章,为了进一步提升碳纳米管复合纱线的电化学性能,更换了电压窗口更高的MnOx,继续采用H2O2预氧化处理,增加CNTY的有效比表面积,为MnOx的附着提供了活性反应点。制备的MnOx/CNTY复合纱线在0.1 m A/cm2电流密度时,面积比电容为220.38 m F/cm2,放电时间为1763.04 s,能量密度最大可以达到19.59μWh/cm2。在0.4 m A/cm2的电流密度下充放电10000循环,电容保持率可达95.8%,呈现出优异的循环稳定特性。通过串联组装器件,MnOx/CNTY复合纱线超级电容器在0.1 m A/cm2电流密度时,放电时长可以达到171.8 s。本研究在保持CNTY原有的柔软特性的同时对纱线进行改性,提高了MnOx/CNTY复合纱线超级电容器的比电容和能量密度,为纱线基超级电容器在智能可穿戴纺织品中的应用提供