注册 English

石墨烯氧化程度对Ni(OH)2赝电容性能的影响

贺园园 ,  张晋江 ,  赵健伟

downloadPDF
引用本文: 贺园园, 张晋江, 赵健伟. 石墨烯氧化程度对Ni(OH)2赝电容性能的影响[J]. 物理化学学报, 2014, 30(2): 297-304. doi: 10.3866/PKU.WHXB201312233 shu
Citation:  HE Yuan-Yuan, ZHANG Jin-Jiang, ZHAO Jian-Wei. Influence of Graphene with Different Oxidation Degrees on Nickel Hydroxide Pseudocapacitor Characterization[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(2): 297-304. doi: 10.3866/PKU.WHXB201312233 shu

石墨烯氧化程度对Ni(OH)2赝电容性能的影响

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51071084，21273113，21121091，11204120)与国家科技攻关计划(2012BAF03B05)资助项目 (51071084，21273113，21121091，11204120)与国家科技攻关计划(2012BAF03B05)

摘要:

基于密度泛函理论(DFT)设计了一系列不同氧化程度的还原氧化石墨烯片(rGNOs)并研究了其表面的氧化缺陷与吸附的氢氧化镍(Ni(OH)2)之间的相互作用. 结果发现，rGNOs表面的含氧基团与Ni(OH)2之间的吸附能与含氧基团的氧化程度相关. 在吸附Ni(OH)2后，rGNOs的原子间距和电荷分布的变化也都受rGNOs表面的含氧缺陷的氧化程度影响. 理论计算的结果与实验观察的结果一致并能给出合理的解释.我们用简单的恒电位电化学沉积法有效地在rGNOs表面制备了粒径只有5 nm的Ni(OH)2纳米粒子. 在Ni(OH)2/rGNOs制备过程中，氧化石墨烯的电化学还原是关键步骤. Ni(OH)2上吸附的Ni(OH)2因具有更高的吸附能而使其与在镍膜表面直接吸附的Ni(OH)2(在5 mV·s-1下比电容为656 F·g-1)相比具有更高的比电容值(在5 mV·s-1下为1591 F·g-1).rGNOs在吸附Ni(OH)2后构型和电荷分布的变化导致Ni(OH)2具有更低的等效串联电阻和更佳的频率响应.Ni(OH)2/rGNOs优异的赝电容特性表明其有潜力成为新型赝电容器材料.

English

    1. [1]

      (1) Levi, E.; fer, Y.; Aurbach, D. Chem. Mater. 2010, 22, 860.doi: 10.1021/cm9016497

      (1) Levi, E.; fer, Y.; Aurbach, D. Chem. Mater. 2010, 22, 860.doi: 10.1021/cm9016497

    2. [2]

      (2) Yuan, Y. F.; Xia, X. H.;Wu, J. B.; Yang, J. L.; Chen, Y. B.; Guo,S. Y. Electrochim. Acta 2011, 56, 2627. doi: 10.1016/j.electacta.2010.12.001(2) Yuan, Y. F.; Xia, X. H.;Wu, J. B.; Yang, J. L.; Chen, Y. B.; Guo,S. Y. Electrochim. Acta 2011, 56, 2627. doi: 10.1016/j.electacta.2010.12.001

    3. [3]

      (3) Pang, S. C.; Anderson, M. A.; Chapman, T.W. J. Electrochem. Soc. 2000, 147, 444. doi: 10.1149/1.1393216(3) Pang, S. C.; Anderson, M. A.; Chapman, T.W. J. Electrochem. Soc. 2000, 147, 444. doi: 10.1149/1.1393216

    4. [4]

      (4) Aricò, A. S.; Bruce, P.; Scrosati, B.; Tarascon, J. M.; VanSchalkwijk,W. Nature Materials 2005, 4, 366. doi: 10.1038/nmat1368(4) Aricò, A. S.; Bruce, P.; Scrosati, B.; Tarascon, J. M.; VanSchalkwijk,W. Nature Materials 2005, 4, 366. doi: 10.1038/nmat1368

    5. [5]

      (5) Choi, B. G.; Yang, M.; Jung, S. C.; Lee, K. G.; Kim, J. G.; Park,H.; Park, T. J.; Lee, S. B.; Han, Y. K.; Huh, Y. S. ACS Nano2013, 7, 2453. doi: 10.1021/nn305750s(5) Choi, B. G.; Yang, M.; Jung, S. C.; Lee, K. G.; Kim, J. G.; Park,H.; Park, T. J.; Lee, S. B.; Han, Y. K.; Huh, Y. S. ACS Nano2013, 7, 2453. doi: 10.1021/nn305750s

    6. [6]

      (6) Yang, X. F.;Wang, G. C.;Wang, R. Y.; Li, X.W. Electrochim. Acta 2010, 55, 5414. doi: 10.1016/j.electacta.2010.04.067(6) Yang, X. F.;Wang, G. C.;Wang, R. Y.; Li, X.W. Electrochim. Acta 2010, 55, 5414. doi: 10.1016/j.electacta.2010.04.067

    7. [7]

      (7) Pico, F.; Morales, E.; Fernandez, J. A.; Centeno, T. A.; Ibañez,J.; Rojas, R. M.; Amarilla, J. M.; Rojo, J. M. Electrochim. Acta2009, 54, 2239. doi: 10.1016/j.electacta.2008.10.028(7) Pico, F.; Morales, E.; Fernandez, J. A.; Centeno, T. A.; Ibañez,J.; Rojas, R. M.; Amarilla, J. M.; Rojo, J. M. Electrochim. Acta2009, 54, 2239. doi: 10.1016/j.electacta.2008.10.028

    8. [8]

      (8) Zhao, D. D.; Bao, S. J.; Zhou,W. J.; Li, H. L. Electrochem. Commun. 2007, 9, 869. doi: 10.1016/j.elecom.2006.11.030(8) Zhao, D. D.; Bao, S. J.; Zhou,W. J.; Li, H. L. Electrochem. Commun. 2007, 9, 869. doi: 10.1016/j.elecom.2006.11.030

    9. [9]

      (9) Zhang, L. L.; Xiong, Z. G.; Zhao, X. S. J. Power Sources 2013,222, 326. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.09.016(9) Zhang, L. L.; Xiong, Z. G.; Zhao, X. S. J. Power Sources 2013,222, 326. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.09.016

    10. [10]

      (10) Yang, G.W.; Xu, C. L.; Li, H. L. Chem. Commun. 2008, 6537.(10) Yang, G.W.; Xu, C. L.; Li, H. L. Chem. Commun. 2008, 6537.

    11. [11]

      (11) Yang, D. N.;Wang, R. M.; He, M. S.; Zhang, J.; Liu, Z. F.J. Phys. Chem. B 2005, 109, 7654. doi: 10.1021/jp050083b(11) Yang, D. N.;Wang, R. M.; He, M. S.; Zhang, J.; Liu, Z. F.J. Phys. Chem. B 2005, 109, 7654. doi: 10.1021/jp050083b

    12. [12]

      (12) Xu, L. P.; Ding, Y. S.; Chen, C. H.; Zhao, L. L.; Rimkus, C.Chem. Mater. 2008, 20, 308. doi: 10.1021/cm702207w(12) Xu, L. P.; Ding, Y. S.; Chen, C. H.; Zhao, L. L.; Rimkus, C.Chem. Mater. 2008, 20, 308. doi: 10.1021/cm702207w

    13. [13]

      (13) Wang, D. B.; Song, C. X.; Hu, Z. S.; Fu, X. J. Phys. Chem. B2005, 109, 1125. doi: 10.1021/jp046797o(13) Wang, D. B.; Song, C. X.; Hu, Z. S.; Fu, X. J. Phys. Chem. B2005, 109, 1125. doi: 10.1021/jp046797o

    14. [14]

      (14) Chen, X.; Chen, X. H.; Zhang, F. Q.; Yang, Z.; Huang, S. M.J. Power Sources 2013, 243, 555. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.04.076(14) Chen, X.; Chen, X. H.; Zhang, F. Q.; Yang, Z.; Huang, S. M.J. Power Sources 2013, 243, 555. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.04.076

    15. [15]

      (15) Zhao, D. D.; Xu, M.W.; Zhou,W. J.; Zhang, J.; Li, H. L.Electrochim. Acta 2008, 53, 2699. doi: 10.1016/j.electacta.2007.07.053(15) Zhao, D. D.; Xu, M.W.; Zhou,W. J.; Zhang, J.; Li, H. L.Electrochim. Acta 2008, 53, 2699. doi: 10.1016/j.electacta.2007.07.053

    16. [16]

      (16) Kotte da, I. R. M.; Idris, N. H.; Lu, L.;Wang, J. Z.; Liu, H. K.Electrochim. Acta 2011, 56, 5815. doi: 10.1016/j.electacta.2011.03.143(16) Kotte da, I. R. M.; Idris, N. H.; Lu, L.;Wang, J. Z.; Liu, H. K.Electrochim. Acta 2011, 56, 5815. doi: 10.1016/j.electacta.2011.03.143

    17. [17]

      (17) Li, S. M.;Wang, B.; Liu, J. H.; Yu, M.; An, J.W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 2754. [李松梅, 王博, 刘建华,于美, 安军伟. 物理化学学报, 2012, 28, 2754.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201208292(17) Li, S. M.;Wang, B.; Liu, J. H.; Yu, M.; An, J.W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 2754. [李松梅, 王博, 刘建华,于美, 安军伟. 物理化学学报, 2012, 28, 2754.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201208292

    18. [18]

      (18) Wang, H. L.; Casalongue, H. S.; Liang, Y. Y.; Dai, H. J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 7472. doi: 10.1021/ja102267j(18) Wang, H. L.; Casalongue, H. S.; Liang, Y. Y.; Dai, H. J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 7472. doi: 10.1021/ja102267j

    19. [19]

      (19) Frackowiak, E.; Beguin, F. Carbon 2001, 39, 937. doi: 10.1016/S0008-6223(00)00183-4(19) Frackowiak, E.; Beguin, F. Carbon 2001, 39, 937. doi: 10.1016/S0008-6223(00)00183-4

    20. [20]

      (20) Xu, H. B.; Fan, X. Z.; Lu, Y. H.; Zhong, L. A.; Kong, X. F.;Wang, J. Carbon 2010, 48, 3300. doi: 10.1016/j.carbon.2010.04.051(20) Xu, H. B.; Fan, X. Z.; Lu, Y. H.; Zhong, L. A.; Kong, X. F.;Wang, J. Carbon 2010, 48, 3300. doi: 10.1016/j.carbon.2010.04.051

    21. [21]

      (21) Fan, X. Z.; Lu, Y. H.; Xu, H. B.; Kong, X. F.;Wang, J. J. Mater. Chem. 2011, 21, 18753. doi: 10.1039/c1jm13214h(21) Fan, X. Z.; Lu, Y. H.; Xu, H. B.; Kong, X. F.;Wang, J. J. Mater. Chem. 2011, 21, 18753. doi: 10.1039/c1jm13214h

    22. [22]

      (22) Sun, Z. P.; Lu, X. M. Ind. Eng. Chem. Res. 2012, 51, 9973. doi: 10.1021/ie202706h(22) Sun, Z. P.; Lu, X. M. Ind. Eng. Chem. Res. 2012, 51, 9973. doi: 10.1021/ie202706h

    23. [23]

      (23) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 03,Revision A.01; Gaussian Inc.: Pittsburgh, PA, 2003.(23) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 03,Revision A.01; Gaussian Inc.: Pittsburgh, PA, 2003.

    24. [24]

      (24) Zhao, J.W.; Liu, H. M.; Ni,W. B.; Guo, Y.; Yin, X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 1472. [赵健伟, 刘洪梅, 倪文彬,郭彦, 尹星. 物理化学学报, 2009, 25, 1472.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090744(24) Zhao, J.W.; Liu, H. M.; Ni,W. B.; Guo, Y.; Yin, X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 1472. [赵健伟, 刘洪梅, 倪文彬,郭彦, 尹星. 物理化学学报, 2009, 25, 1472.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090744

    25. [25]

      (25) Hummers,W. S.; Offeman, R. E. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80,1339. doi: 10.1021/ja01539a017(25) Hummers,W. S.; Offeman, R. E. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80,1339. doi: 10.1021/ja01539a017

    26. [26]

      (26) Ramesha, G. K.; Sampath, S. J. Phys. Chem. C 2009, 113,7985. doi: 10.1021/jp811377n(26) Ramesha, G. K.; Sampath, S. J. Phys. Chem. C 2009, 113,7985. doi: 10.1021/jp811377n

    27. [27]

      (27) Guo, H. L.;Wang, X. F.; Qian, Q. Y.;Wang, F. B.; Xia, X. H.ACS Nano 2009, 3, 2653. doi: 10.1021/nn900227d(27) Guo, H. L.;Wang, X. F.; Qian, Q. Y.;Wang, F. B.; Xia, X. H.ACS Nano 2009, 3, 2653. doi: 10.1021/nn900227d

    28. [28]

      (28) Gao, F.; Qi, X.W.; Cai, X. L.;Wang, Q. X.; Gao, F.; Sun,W.Thin Solid Films 2012, 520, 5064. doi: 10.1016/j.tsf.2012.03.002(28) Gao, F.; Qi, X.W.; Cai, X. L.;Wang, Q. X.; Gao, F.; Sun,W.Thin Solid Films 2012, 520, 5064. doi: 10.1016/j.tsf.2012.03.002

    29. [29]

      (29) Zhao, C. M.;Wang, X.;Wang, S. M.;Wang, Y. Y.; Zhao, Y. X.;Zheng,W. T. Int. J. Hydrog. Energy 2012, 37, 11846. doi: 10.1016/j.ijhydene.2012.05.138(29) Zhao, C. M.;Wang, X.;Wang, S. M.;Wang, Y. Y.; Zhao, Y. X.;Zheng,W. T. Int. J. Hydrog. Energy 2012, 37, 11846. doi: 10.1016/j.ijhydene.2012.05.138

    30. [30]

      (30) Wang, D. H.; Choi, D.W.; Li, J.; Yang, Z. G.; Nie, Z. M.; Kou,R.; Hu, D. H.;Wang, C. M.; Saraf, L. V.; Zhang, J. G.; Aksay, I.A.; Liu, J. ACS Nano 2009, 3, 907. doi: 10.1021/nn900150y(30) Wang, D. H.; Choi, D.W.; Li, J.; Yang, Z. G.; Nie, Z. M.; Kou,R.; Hu, D. H.;Wang, C. M.; Saraf, L. V.; Zhang, J. G.; Aksay, I.A.; Liu, J. ACS Nano 2009, 3, 907. doi: 10.1021/nn900150y

    31. [31]

      (31) Corrigan, D. A.; Bendert, R. M. J. Electrochem. Soc. 1989, 136,723. doi: 10.1149/1.2096717(31) Corrigan, D. A.; Bendert, R. M. J. Electrochem. Soc. 1989, 136,723. doi: 10.1149/1.2096717

    32. [32]

      (32) Kim, S. J.; Park, G. J.; Kim, B. C.; Chung, J. K.;Wallace, G. G.;Park, S. Y. Synthetic Metals 2012, 161, 2641.(32) Kim, S. J.; Park, G. J.; Kim, B. C.; Chung, J. K.;Wallace, G. G.;Park, S. Y. Synthetic Metals 2012, 161, 2641.

    33. [33]

      (33) mez, J.; Kalu, E. E. J. Power Sources 2013, 230, 218. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.12.069(33) mez, J.; Kalu, E. E. J. Power Sources 2013, 230, 218. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.12.069

    34. [34]

      (34) Zhang,W. K.;Wang, L.; Huang, H.; Gan, Y. P.;Wang, C. T.;Tao, X. Y. Electrochim. Acta 2009, 54, 4760. doi: 10.1016/j.electacta.2009.04.008(34) Zhang,W. K.;Wang, L.; Huang, H.; Gan, Y. P.;Wang, C. T.;Tao, X. Y. Electrochim. Acta 2009, 54, 4760. doi: 10.1016/j.electacta.2009.04.008

    35. [35]

      (35) Buglione, L.; Chng, E. L. K.; Ambrosi, A.; Sofer, Z.; Pumera,M. Electrochem. Commun. 2012, 14, 5. doi: 10.1016/j.elecom.2011.09.013(35) Buglione, L.; Chng, E. L. K.; Ambrosi, A.; Sofer, Z.; Pumera,M. Electrochem. Commun. 2012, 14, 5. doi: 10.1016/j.elecom.2011.09.013

    36. [36]

      (36) Li, L.; He, Y. Q.; Chu, X. F.; Li, Y. M.; Sun, F. F.; Huang, H. Z.Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1681. [李乐, 贺蕴秋, 储晓菲, 李一鸣, 孙芳芳, 黄河洲. 物理化学学报, 2013, 29,1681.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201305223(36) Li, L.; He, Y. Q.; Chu, X. F.; Li, Y. M.; Sun, F. F.; Huang, H. Z.Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1681. [李乐, 贺蕴秋, 储晓菲, 李一鸣, 孙芳芳, 黄河洲. 物理化学学报, 2013, 29,1681.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201305223

    37. [37]

      (37) Zhang, J. T.; Jiang, J.W.; Zhao, X. S. J. Phys. Chem. C 2011,115, 6448. doi: 10.1021/jp200724h(37) Zhang, J. T.; Jiang, J.W.; Zhao, X. S. J. Phys. Chem. C 2011,115, 6448. doi: 10.1021/jp200724h

    38. [38]

      (38) Jagadale, A. D.; Kumbhar, V. S.; Dhawale, D. S.; Lokhande, C.D. Electrochim. Acta 2013, 98, 32. doi: 10.1016/j.electacta.2013.02.094(38) Jagadale, A. D.; Kumbhar, V. S.; Dhawale, D. S.; Lokhande, C.D. Electrochim. Acta 2013, 98, 32. doi: 10.1016/j.electacta.2013.02.094

    39. [39]

      (39) Grden, M.; Alsabet, M.; Jerkiewicz, G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 3012. doi: 10.1021/am300380m(39) Grden, M.; Alsabet, M.; Jerkiewicz, G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 3012. doi: 10.1021/am300380m

    40. [40]

      (40) Taberna, P. L.; Simon, P.; Fauvarque, J. F. J. Electrochem. Soc.2003, 150, A292.(40) Taberna, P. L.; Simon, P.; Fauvarque, J. F. J. Electrochem. Soc.2003, 150, A292.

    41. [41]

      (41) Chmiola, J.; Yushin, G.; Dash, R.; tsi, Y. J. Power Sources2006, 158, 765. doi: 10.1016/j.jpowsour.2005.09.008

      (41) Chmiola, J.; Yushin, G.; Dash, R.; tsi, Y. J. Power Sources2006, 158, 765. doi: 10.1016/j.jpowsour.2005.09.008

  • 加载中
WeChat 扫一扫看文章
计量
  • PDF下载量:  701
  • 文章访问数:  921
  • HTML全文浏览量:  2
文章相关
  • 发布日期:  2014-01-23
  • 收稿日期:  2013-10-21
  • 网络出版日期:  2013-12-23
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章

All Rights Reserved by the Chinese Chemical Society   中国化学会 版权所有 京ICP备05002797号

本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发    技术支持: info@rhhz.net