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石墨烯氧化物及其复合材料的电化学性能研究石墨烯氧化物（GO）及其复合材料是当前研究的热点之一。
不仅因为其独特的化学结构和物理性质，而且由于其良好的电化学性能，被广泛用于能源、电池、催化等领域。
本文介绍石墨烯氧化物及其复合材料的电化学性能研究。
石墨烯氧化物的制备方法石墨烯氧化物是石墨烯在氧化剂作用下形成的化合物，具有独特的层状结构和氧化官能团。
制备方法通常有两种：Hummers氧化法和Brodie氧化法。
Hummers氧化法是最常用的制备方法，主要通过亚硝酸盐、硫酸、氧化剂等化学物质将天然石墨烯氧化，并加热水解得到GO粉末。
Brodie氧化法则利用硝酸和硫酸的混合物对石墨进行氧化，最终得到GO。
两种方法制备出来的GO，具有不同的物理和化学性质，这也决定了它们在电化学性能研究中的应用差异。
石墨烯氧化物的电化学性能GO具有良好的电解质吸附性能，高比表面积和可调控的官能团，因此在电化学领域具有很大的应用潜力。
它的电化学性质主要通过循环伏安法、电化学阻抗谱和恒电流充放电等方法进行研究。
循环伏安法是最常用的研究电化学性能的方法之一，主要用来研究材料的电化学反应动力学、催化效应和极化行为等。
通过这种方法可以获得材料的电化学活性表面积和电容值等参数。
GO的循环伏安曲线表现出了两个氧化还原峰，其中第二个峰与还原GO成石墨烯的过程有关。
因此，通过循环伏安法可以研究GO的氧化还原反应。
电化学阻抗谱（EIS）可用来表征材料的电化学性质。
通过该方法可以研究材料表面的电荷传递和质量传输过程。
GO的电化学阻抗谱通常表现出半圆形的交流阻抗和一段斜率较小的直线区域，分别代表材料表面的电荷传递和质量传输。
因此，该方法可用来研究GO的电荷传递和质量传输率等参数。
恒电流充放电法主要用于荷电材料的储能性能研究。
GO能够被用作超级电容器的电极材料，其储能性能主要通过该方法进行研究。
该方法可以获得GO的比电容、能量密度和功率密度等参数。
石墨烯氧化物复合材料的电化学性能GO的电化学性能可以进一步提高，通过与其他材料的复合获得性能协同效应。
全钒液流电池电极研究进展苏秀丽;杨霖霖;周禹;林友斌;余姝媛【摘要】本文介绍了钒液流电池电极材料的研究现状.详细介绍了电极种类、电极材料的改性途径、改性效果,并对电极的老化机制进行了分析.全钒液流电池(VFB)电极材料改性的方法主要包括增加电极催化活性和增大电极电化学反应面积两种方式.通过对电极进行热处理、酸处理,可以改变电极表面结构,提高电极催化活性,从而提高电极反应可逆性.通过在电极表面生长碳纳米管或者负载石墨烯、氧化铱等而制备的复合电极材料,以及采用天然废弃物制备的多孔碳电极,可以达到同时提高电极表面催化活性和增大电极电化学反应面积的效果.还可以通过制备电极和双极板复合一体化电极,降低电池的接触电阻,减小电池极化.而电极的化学降解及电化学降解对于电极的寿命会产生影响,而且对电池负极的影响比正极更加明显.最后,总结了VFB电极材料的现状并展望了未来研究发展的方向.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2019(008)001【总页数】10页(P65-74)【关键词】全钒液流电池;储能;电极材料;石墨毡【作者】苏秀丽;杨霖霖;周禹;林友斌;余姝媛【作者单位】上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070【正文语种】中文【中图分类】TK02全钒液流电池（VFB）作为大型电化学储能技术，自问世以来，在可再生能源发电领域备受关注[1-4]。
将储能技术应用于可再生能源发电，可有效解决再生能源发电存在的间歇性和并网困难等问题。
全钒液流电池采用水系电解液，因此表现出优越的安全性[5]，而且正负极之间也不存在元素的交叉污染[6]。
全钒液流电池的循环寿命高达10000次以上，其使用寿命不低于10年[7]。
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。
氧化石墨烯的制备及电性能研究1. 概述氧化石墨烯是一种有机功能材料，具有优良的电性能和化学稳定性，可用于超级电容器、锂离子电池等领域。
本文将介绍氧化石墨烯的制备方法和电性能研究进展。
2. 氧化石墨烯的制备氧化石墨烯的制备方法有化学氧化法、热氧化法等。
其中化学氧化法是最常用的方法。
化学氧化法的原理是通过强氧化剂来氧化石墨烯表面的碳原子，形成氧化石墨烯。
一般选用的氧化剂有硝酸、硫酸、过氧化氢等。
以硝酸为例，其反应式为：C + 6HNO3 → C(NO2)2 + 2CO2 + 4H2O + 2NO2C(NO2)2 + 3HNO3 → 2CO2 + 4NO2 + 3H2O制备过程中需要先将石墨烯与氧化剂混合，然后在温度和时间的控制下进行反应。
反应过程中还需加入还原剂如羟胺等，以消除氧化剂的副反应。
3. 氧化石墨烯的电性能研究氧化石墨烯的电性能主要包括电导率、电容等，其性质由制备方法和结构决定。
3.1 电导率氧化石墨烯的电导率较低，但可以通过还原反应得到还原石墨烯，使其电导率增强。
还原反应一般采用高温还原法、化学还原法等。
以化学还原法为例，需要引入还原剂如氢气、氢化钠等，反应式为：nCO + nH2 → CnH2n + nH2O还原后的石墨烯电导率可达到金属的水平，可作为导电性能优良的电极材料。
3.2 电容氧化石墨烯的电容主要包括电化学电容和双层电容。
电化学电容指的是在电解液中利用氧化石墨烯表面的官能团和电离液体之间的相互作用来存储电荷的现象，该电容的特点是容量大、充放电速度快、循环寿命长。
双层电容指的是在氧化石墨烯表面形成一个双层电位差，使其具有储能的能力，该电容的特点是充放电速率快、能量密度高。
4. 应用前景氧化石墨烯具有优良的电性能和化学稳定性，可用于多种领域。
在电池领域，氧化石墨烯的导电性能可提高锂离子电池的性能；在超级电容器领域，氧化石墨烯的电容可使超级电容器具有高能量密度；在传感器领域，氧化石墨烯能够通过改变电性能来感知环境变化；在生物医学领域，氧化石墨烯可用作药物载体或医用材料。
氧化石墨烯在电化学储能中的应用探究氧化石墨烯（Graphene Oxide）是一种新型的二维材料，具有优异的导电性、导热性、机械性能和化学活性。
因此，氧化石墨烯在电化学领域中具有广泛的应用前景。
一、氧化石墨烯在电容器中的应用氧化石墨烯作为一种高比表面积的材料，具有优异的电化学储能性能。
因此，氧化石墨烯被广泛应用于电容器的制备中。
氧化石墨烯电容器可以分为两类：超级电容器和电解电容器。
1.超级电容器超级电容器（Supercapacitor）是一种具有高功率密度和长寿命的电化学储能器件，可用于电动汽车、储能系统等领域。
氧化石墨烯作为电极材料，可以有效提高超级电容器的性能。
研究表明，将氧化石墨烯与其他材料复合制备电极可以显著提高超级电容器的性能。
例如，将氧化石墨烯和多壁碳纳米管进行复合，制备出的电极具有较高的电容和较低的内阻，可用于高功率电子器件和储能系统中。
此外，氧化石墨烯的导电性和化学活性可以为电容器带来更多的应用领域。
例如，将氧化石墨烯与锰氧化物制备的电极材料可用于无线充电、生物传感器等领域。
2.电解电容器除了超级电容器之外，氧化石墨烯还被广泛应用于电解电容器（Electrolytic capacitor）的制备中。
电解电容器又分为有机电解电容器和无机电解电容器。
有机电解电容器是一种具有很高电容值和超高瞬态功率的电容器。
将氧化石墨烯作为电解电容器的电极材料，可以提高其电容值和内阻，同时保持其超高瞬态功率性能。
无机电解电容器是一种高电压、大电容的电容器。
研究表明，将氧化石墨烯与氧化铝进行复合，可以显著提高电解电容器的电容值和电化学稳定性。
二、氧化石墨烯在电池中的应用氧化石墨烯作为一种优异的材料，被广泛应用于电池的研制中。
1.锂离子电池锂离子电池是一种高性能、长寿命的电池，可用于移动电子设备、电动汽车等领域。
氧化石墨烯作为电极材料，可以显著提高锂离子电池的性能。
研究表明，将氧化石墨烯与硅、碳纳米管等材料进行复合，可以获得高比能量、高功率密度的锂离子电池。
氧化石墨烯的电化学性能研究氧化石墨烯是一种石墨烯的氧化物，具有独特的电化学性能，对于储能与传感器等领域具有重要的应用前景。
本文将探讨氧化石墨烯的电化学性能研究，并对其应用进行讨论。
首先，氧化石墨烯具有很高的电子迁移率和导电性能。
由于石墨烯的单层结构和π共轭等特点，氧化石墨烯在氧化过程中保留了石墨烯的导电性质。
研究表明，氧化石墨烯的电子迁移率约为10000 cm^2V^(-1)s^(-1)，是其他碳基材料的十几到几百倍。
这使得氧化石墨烯在电子器件领域具有广阔的应用前景，如柔性显示器、有机太阳能电池等。
其次，氧化石墨烯具有良好的储能性能。
研究发现，氧化石墨烯具有较高的比表面积和丰富的官能团。
这些特点使得氧化石墨烯作为电容器电极材料具有较高的电容量和较低的内阻。
同时，氧化石墨烯还能够与锂等离子体发生化学反应，形成锂离子储能材料，具有较高的充放电容量和较长的循环寿命。
这使得氧化石墨烯在储能领域有着广泛的应用前景，如锂离子电池和超级电容器等。
此外，氧化石墨烯还具有优异的传感性能。
由于氧化石墨烯的大量官能团和高比表面积，它能够与许多分子发生作用，形成有效的传感器。
研究表明，氧化石墨烯可以用于检测气体、离子和生物分子等，并具有高灵敏度和高选择性。
例如，它可以用作生物传感器，用于检测DNA、蛋白质和细胞等生物分子，具有很高的应用潜力。
最后，虽然氧化石墨烯具有很多优异的电化学性能，但仍然存在一些挑战。
首先，氧化石墨烯的合成方法多样，但仍然面临着较高的成本和复杂的操作。
其次，氧化石墨烯的稳定性相对较差，容易在长时间使用中发生结构变化和降解。
此外，氧化石墨烯还面临制备大规模材料和与其他材料的界面相容性等问题。
综上所述，氧化石墨烯作为一种具有独特电化学性能的材料，对于储能与传感器等领域具有重要的应用前景。
然而，目前仍需要进一步的研究来解决其合成方法、稳定性和大规模制备等问题。
相信随着科学技术的不断发展，氧化石墨烯将在未来取得更多的突破，为我们的生活带来更多的便利。
石墨烯在电池中的应用要求与电化学性能改善策略石墨烯是一种二维的碳材料，具有极高的导电性、热导性和力学强度，因此被广泛研究用于电池领域。
石墨烯在电池中的应用主要集中在锂离子电池和超级电容器等领域。
本文将探讨石墨烯在电池中的应用要求，以及一些提高其电化学性能的策略。
石墨烯在电池中的应用要求主要包括高能量密度、高功率密度、长循环寿命和低成本等方面。
首先，高能量密度是电池的核心性能之一。
石墨烯具有高比表面积和优异的电导率，可以提供更多的储存空间和导电路径，从而提高电极的能量密度。
其次，高功率密度是实现快速充放电的关键。
石墨烯的高导电性和热导性可以提供更快的离子和电子传输速率，从而实现高功率密度的要求。
此外，长循环寿命是电池的可持续发展的关键因素。
石墨烯的高力学强度可以提高电极的结构稳定性，延长电池的寿命。
最后，低成本是实际应用的一个重要要求。
石墨烯的可制备性、稳定性和可扩展性都需要进一步改进，以降低成本并实现工业化生产。
为了改善石墨烯在电池中的电化学性能，可以采取以下策略。
首先，优化石墨烯的制备方法。
目前，石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法和化学还原法等。
通过改进制备方法，可以提高石墨烯的质量和制备效率。
其次，改变石墨烯的结构和形貌。
石墨烯可以通过氧化、还原、掺杂或功能化等方法进行修饰，以改变其表面性质和化学活性。
这些改变可以提高石墨烯在电池中的电化学性能。
第三，构建石墨烯复合材料。
将石墨烯与其他材料（如金属氧化物、碳纳米管等）进行复合，可以充分利用各材料的优点，实现协同效应，提高电池的性能。
第四，设计石墨烯基电极结构。
石墨烯的二维结构可以为电极提供更大的比表面积和更好的离子传输通道。
通过调控电极结构，可以实现更高的能量密度和功率密度。
最后，开发新型电解质和界面材料。
石墨烯和电解质、电极之间的界面是电池性能的关键因素。
开发更好的电解质和界面材料，可以改善电池的循环寿命和安全性能。
综上所述，石墨烯在电池中的应用要求高能量密度、高功率密度、长循环寿命和低成本。
氧化石墨烯在电化学催化中的应用氧化石墨烯是一种非常热门的二维材料，它具有独特的结构和特性，广泛应用于各种领域，包括电化学催化。
本文将深入探讨氧化石墨烯在电化学催化中的应用，并介绍其优势和挑战。
电化学催化是一种将电能转化为化学反应能的过程，它广泛应用于电池、燃料电池、电解等领域。
氧化石墨烯是一种具有高导电性、高比表面积和化学稳定性的材料，能够作为电化学催化剂用于提高反应速率和选择性。
1. 氧化石墨烯的制备方法在电化学催化中应用氧化石墨烯，首先就要考虑如何制备高质量的氧化石墨烯。
目前常用的制备方法包括化学还原法、热还原法和氧化法等。
化学还原法是将氧化石墨烯还原成石墨烯的方法之一。
这种方法利用还原剂如氢气、乙二醇和氨水等与氧化石墨烯反应，从而还原氧化石墨烯。
热还原法是将氧化石墨烯加热，使其还原成石墨烯。
这种方法需要高温和惰性气氛，在制备过程中有一定的难度。
氧化法是通过强氧化剂氧化石墨烯制备氧化石墨烯的方法。
这种方法具有高产率和控制精度，但普遍存在氧化程度难以控制的问题。
2. 氧化石墨烯在电化学催化中的应用氧化石墨烯在电化学催化中有广泛的应用，例如作为电极材料、电解液、还原剂和氧化剂等。
在这些应用中，氧化石墨烯的高导电性和高比表面积是其重要的优势。
氧化石墨烯作为电极材料，可以用于提高电极反应的速率和选择性。
例如，在燃料电池中，氧化石墨烯可以作为阳极材料，提高燃料气体的氧化反应速率和效率。
在电池中，氧化石墨烯可以作为负极材料，提高电池的输出功率和循环寿命。
氧化石墨烯作为电解液，可以用于改善电解反应的速率和效率。
例如，在电化学加工中，氧化石墨烯可以作为电解液，促进金属的溶解和析出反应。
在电解制备中，氧化石墨烯可以作为电解质，提高电解反应的效率和产率。
氧化石墨烯还可以作为还原剂和氧化剂，用于电化学合成和分解反应。
例如，在电化学还原中，氧化石墨烯可以作为还原剂，将有机分子还原成相应的化合物。
在电化学分解中，氧化石墨烯可以作为氧化剂，将有机分子氧化成相应的化合物。
石墨烯功能修饰材料的电化学分析性能研究郑德论;张锐龙;陈键侨;王呈文;陈学武;张彩云【摘要】石墨烯(GR)是一种单原子碳纳米材料,具有独特的二维共轭平面结构,表现出优越的化学、力学、热学和电学性能.氧化石墨烯(GO)是制备石墨烯的前驱体,类似于石墨烯的二维结构,GO表面含大量的含氧官能团,具有良好的水溶分散性,GO 通过化学还原方法可以得到导电性良好的GR材料.将GR材料与其他功能材料进行复合,可进一步改善复合物的物理和化学性能,如可分散性、可加工性和电催化活性等.综述了GR(包括GO)与碳纳米材料、金属纳米粒子、金属氧化物、非金属单质、聚合物或其他功能生物分子材料结合后,得到复合功能修饰材料用于构建高性能电化学生物传感器.探究了复合制备材料的纳米结构特征、功能结构作用对于提高传感器的电催化和电化学选择性能等方面的应用.【期刊名称】《湖北农业科学》【年(卷),期】2019(058)007【总页数】6页(P5-10)【关键词】石墨烯(GR);氧化石墨烯(GO);功能修饰;电化学;分析性能【作者】郑德论;张锐龙;陈键侨;王呈文;陈学武;张彩云【作者单位】汕头职业技术学院自然科学系,广东汕头 515041;汕头职业技术学院自然科学系,广东汕头 515041;汕头职业技术学院自然科学系,广东汕头 515041;汕头职业技术学院自然科学系,广东汕头 515041;汕头职业技术学院自然科学系,广东汕头 515041;汕头职业技术学院自然科学系,广东汕头 515041【正文语种】中文【中图分类】TH145.1+3石墨烯（GR）是一种无限延伸的二维（2D）碳晶体，碳原子的组装排列类似蜂窝状的六角边晶格结构［1，2］。
目前，GR 的概念已扩展到由一系列石墨材料组成，包括一个或多个石墨烯片层和大量的sp2杂化碳缺陷结构，并具有表面多孔的特点［3］。
GR表现出各种优越的特殊属性，包括大的比表面积、高的透亮度、强的电场效应、良好的导热导电属性、优良的机械强度和延展性能等［4］。
氧化石墨烯材料的电化学性能研究近年来，石墨烯作为一种重要的新型材料，在各种领域内都广受关注与应用。
氧化石墨烯(Oxidized Graphene, OG)作为一种石墨烯衍生物具有优良的电化学性能，其巨大的比表面积和丰富的官能基团使其在电化学储能、传感、催化等方面展示出了极大的潜力。
本文将重点阐述氧化石墨烯的电化学性能研究，包括其制备、性质、应用等方面的最新研究进展，旨在提高对氧化石墨烯电化学性能的认识与理解。
一、制备方法氧化石墨烯的制备方法多种多样。
传统的Hummers法和Broton法等是比较成熟的制备方法，可利用稳定的石墨材料进行操作。
但这些方法需要大量的消耗强氧化剂，同时有毒性物质的产生，会对环境带来较大的危害。
近年来，一些新研究利用离子液体或氧化剂团簇等环保的合成方法成功制备了氧化石墨烯，取得了一些优秀的研究成果。
二、电化学性质1、电化学储能：氧化石墨烯的高比表面积和丰富的官能基团可以使其具有优异的电化学储能性能。
许多研究表明，氧化石墨烯在超级电容器的应用具有较明显的优势，即不仅具有高比电容值，而且具有较长的循环寿命。
此外，利用氧化石墨烯与其他材料的复合可以提高超级电容器的性能，扩展其应用范围。
2、电催化剂：氧化石墨烯的丰富官能基也使其成为优秀的电催化剂材料，被广泛用于氧还原反应、氢氧化反应等方面。
Yamin et al.使用原子层沉积(ALD)氧化铁和氧化石墨烯复合材料成功地实现了对水的电解反应。
Ali et al. 进一步提出了一种类似的方法，可用于改善氧化石墨烯的催化性能。
3、传感器：氧化石墨烯由于其优秀的电化学性能，被广泛应用于生物传感器、化学传感器等方面。
王梦钟等人采用生物传感器进行了葡萄糖检测，证明了氧化石墨烯材料在生物传感器中的优异性能。
三、总结综上所述，氧化石墨烯作为一种重要的石墨烯衍生物，其电化学性能在各种领域内具有很大的应用前景，包括电化学储能、电催化剂、传感器等。
氧化石墨烯复合正极材料的制备及性能研究近年来，随着新能源汽车的普及，锂离子电池作为其主要动力源也受到了关注。
锂离子电池的正极材料在其中起着至关重要的作用，而氧化石墨烯复合正极材料的研究也逐渐引起了研究者的关注。
一、氧化石墨烯的制备方法氧化石墨烯作为锂离子电池正极材料的一种，需经过制备和改性处理。
氧化石墨烯的制备方法主要有石墨氧化还原法、电化学氧化还原法、氧等离子体氧化法以及机械化学法等。
其中，石墨氧化还原法是最常用的一种方法，其步骤主要包括在氧化剂作用下使石墨发生氧化反应，生成石墨烯氧化物；随后通过还原处理，去除氧化物中的氧原子，生成氧化石墨烯。
二、氧化石墨烯复合正极材料的制备方法将氧化石墨烯与其他材料复合可提高其在锂离子电池中作为正极材料的性能。
研究表明，石墨烯与氧化物、碳酸盐等锂离子电池正极材料复合后，其性能可得到有效提升。
氧化石墨烯复合正极材料的制备方法主要有物理混合法、溶胶凝胶法、电化学沉积法等多种。
例如，采用溶胶凝胶法制备的氧化石墨烯-锂镁锰钴氧(LiMn2O4)复合材料不仅具有较高的比容量和循环性能，还表现出较好的安全性能和导电性能。
三、氧化石墨烯复合正极材料的性能研究为了研究不同制备方法下氧化石墨烯复合正极材料的性能，研究者通过多种实验手段进行测试。
其中最常用的测试方法包括循环伏安法、恒电流充放电法、电化学阻抗法等。
以氧化石墨烯-锂钴氧化物(LiCoO2)复合材料为例，测试结果表明，与单一的LiCoO2相比，氧化石墨烯复合正极材料具有更高的比容量和较好的循环性能，尤其是在高倍率下的循环稳定性能更优；此外，多种测试方法的结果也表明，复合材料的电化学性能和安全性能均有所提高。
总之，氧化石墨烯复合正极材料因其优良的电化学性能，在锂离子电池领域中备受关注。
未来，研究者将继续探究制备方法和改性处理对氧化石墨烯复合正极材料的影响，并进一步优化其性能，以满足新能源汽车等领域中对高能量密度、高倍率性能和长循环寿命的要求。
钒氧化合物作为锂离子电池正极材料的制备及电化学性能研究钒氧化合物作为锂离子电池正极材料的制备及电化学性能研究锂离子电池是当今最为常见和广泛应用的可充电电池之一，其广泛应用于移动设备、电动车辆和储能系统等领域。
锂离子电池的正极材料是决定电池性能的重要组成部分，因此寻找新型的锂离子电池正极材料一直是研究的热点之一。
近年来，钒氧化合物作为一种具有良好电化学性能的材料，受到了广泛关注。
钒氧化合物具有丰富的晶体结构，可以通过多种方法进行制备。
常见的制备方法包括溶剂热法、水热法、固相法和电化学沉积法等。
以钒氧化物为例，可以通过将钒源和氧源在一定条件下反应得到。
此外，还可以通过控制制备条件来调控钒氧化物的形貌和结构，从而进一步改善其电化学性能。
例如，在溶剂热法中，可以通过调节反应温度和反应时间来控制钒氧化物的粒径和结晶度。
钒氧化物作为锂离子电池正极材料具有以下优势：首先，钒氧化物具有较高的比容量。
其靠氧化还原反应来储存和释放锂离子，因此能够达到较高的比容量。
其次，钒氧化物的电化学反应具有较低的嵌入/剥离电压。
这意味着电池可以在较低的电压下工作，从而提高电池的安全性能。
此外，钒氧化物在锂离子电池中循环稳定性较好，能够保持较高的容量保持率。
然而，钒氧化物也存在一些问题需要解决。
首先，钒氧化物的电导率较低，导致电池的功率密度较低。
其次，钒氧化物作为锂离子电池正极材料在循环过程中存在容量衰减问题，即容量随着循环次数的增加而降低。
因此，如何提高钒氧化物的电导率和循环稳定性成为当前研究的重要课题。
为了改善钒氧化物的电导率，研究者采取了一系列的策略。
一种常见的方法是利用添加导电剂的方式来提高钒氧化物的导电性。
例如，可以添加碳材料（如石墨烯、碳纳米管等）作为导电剂，形成复合材料，从而提高钒氧化物的电导率。
此外，还可以通过掺杂的方式来增加钒氧化物的导电性。
例如，将钒氧化物掺杂一些导电性较好的元素（如铁、钴等），使其电导率得到提高。
石墨烯的制备及其电化学性能一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列构成的二维纳米材料，自2004年被科学家首次成功制备以来，便因其独特的结构和优异的性能引发了全球范围内的研究热潮。
石墨烯以其高导电性、高热导率、高强度以及良好的化学稳定性等特性，在材料科学、电子学、能源科学等多个领域展现出巨大的应用潜力。
特别是在电化学领域，石墨烯因其高比表面积、优良的电子传输性能和化学稳定性，被广泛应用于电极材料、储能器件以及电化学传感器等方面。
本文旨在全面介绍石墨烯的制备方法及其电化学性能。
我们将概述石墨烯的基本结构和性质，以及其在电化学领域的应用背景。
随后，我们将详细介绍石墨烯的几种主要制备方法，包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等，并分析各方法的优缺点及适用范围。
接着，我们将重点探讨石墨烯在电化学领域的应用，包括其在锂离子电池、超级电容器、燃料电池等储能器件中的性能表现，以及其在电化学传感器中的应用。
我们将对石墨烯的电化学性能进行综合分析，展望其在未来电化学领域的发展趋势和应用前景。
二、石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法多种多样，根据其制备原理，主要可以分为物理法和化学法两大类。
物理法：物理法主要包括机械剥离法、取向附生法和碳纳米管切割法等。
机械剥离法是最早用来制备石墨烯的方法，其原理是利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动，得到石墨烯薄层材料。
取向附生法则是在一定条件下，使碳原子在金属单晶（如Ru）表面生长出单层碳原子，然后利用金属与石墨烯之间的弱相互作用，将石墨烯与金属基底分离。
碳纳米管切割法则是通过切割碳纳米管得到石墨烯纳米带。
化学法：化学法主要包括氧化还原法、SiC外延生长法、化学气相沉积法（CVD）等。
氧化还原法是通过将天然石墨与氧化剂反应，得到氧化石墨，再将其进行热还原或化学还原，从而制备出石墨烯。
SiC外延生长法是在高温条件下，使SiC中的Si原子升华，剩余的C 原子在基底表面重新排列，形成石墨烯。
2006.5V ol .30N o.5研究与设计收稿日期:2005-08-06作者简介:刘素琴(1966—,女,湖南省人,教授,主要研究方向为功能材料化学。
Biography :LIU Su-qin (1966—,female ,proffessor.联系人:黄可龙全钒液流电池用碳毡电极的改性研究刘素琴,张文昔,黄可龙(中南大学功能材料化学研究所,湖南长沙410083摘要:分别采用普鲁士蓝(Prussian blue ,PB和草酸对聚丙稀腈基(PAN 碳毡进行修饰处理,通过循环伏安法研究了修饰后材料在钒溶液中的电化学性能。
结果表明PB 修饰碳毡电极对V(Ⅳ/V(Ⅴ电对具有良好的电催化性能,V(Ⅱ/V(Ⅲ电对在草酸修饰碳毡电极上的活性相比处理前也有较大改善。
分别以这两种修饰电极为正负极组装全钒氧化还原液流电池(VRB,通过电池性能测试获得了最适宜的修饰条件。
使用修饰电极的静态钒电池在电流密度为35mA ・cm -2时电压效率可达83.28%。
关键词:普鲁士蓝;草酸;化学修饰;碳毡;全钒氧化还原液流电池中图分类号:TM 912文献标识码:A文章编号:1002-087X (200605-03Study on the electrochemical properties of carbon felt modified by PB and oxalic acid VRB applicationLIU Su-qin ,ZHANG Wen-xi ,HUANG Ke-long(Institute of Functional Material &Chemistry ,Central South University ,Changsha Hunan 410083,ChinaAbstract :The electrochemical properties of carbon felt modified by PB and oxalic acid respectively were investigated by means of cyclic voltammograms (CVand cyclic charge-discharge tests.The electrode modified by PB showed good electrochemical catalysis performance for the redox of V(Ⅳ/V(Ⅴin sulphuric acidsolution.Meanwhile,carbon felt treated by oxalic acid showed improved performance for the redox of V(Ⅱ/V(Ⅲ.The optimal conditions of modification were investigated by a se-ries of charge-discharge experiments.The voltage efficiency of vanadium redox flow battery (VRB using modified electrodes could reach 83.28%at the current density of35mA ・cm -2.Key words :PB ;oxalic acid ;chemical modification ;carbon felt ;VRB全钒氧化还原液流电池(简称钒电池是一种新型的绿色环保蓄电池,它具有耐大电流充放电,容量易于调整,可以实现瞬间充电,寿命长等诸多优点,因此在储能方面具有广阔的前景,引起了许多研究机构的关注[1￣4]。
【原创资讯】美国科研人员利用氧化石墨烯芳纶纳米纤维开发出超级电容器电极移动电子设备、电动汽车、无人驾驶飞机和其他技术的爆炸式增长推动了对新型轻质材料的需求。
近日，休斯顿大学和德克萨斯农工大学的研究人员报道了一种结构超级电容器电极，该电极由还原的氧化石墨烯和芳纶纳米纤维制成，比传统的碳基电极更坚固，用途更广。
团队研究还证明，与传统的建模方法（称为多孔介质模型）相比，基于材料纳米结构的建模可以更准确地了解复合电极中的离子扩散和相关特性。
“我们提议，与多孔介质模型相比，基于材料纳米结构的这些模型更加全面、详细、信息丰富且准确，”比尔·库克（UH）机械工程副教授Bill H. Ardebili说。
“更准确的建模方法将帮助研究人员找到新型、更有效的纳米结构材料，这些材料可以提供更长的电池寿命和更轻的能量。
”所测试的材料——氧化石墨烯和芳族聚酰胺纳米纤维或rGO/ANF——由于其强大的电化学和机械性能是很好的选择。
超级电容器电极通常由多孔碳材料制成，可提供有效的电极性能。
虽然还原的氧化石墨烯主要由碳制成，但芳族聚酰胺纳米纤维的机械强度可提高电极在多种应用（包括军事用途）中的多功能性。
这项工作是由美国空军科学研究所资助的。
Ardebili说：“我们想传达的是，基于多孔介质的传统模型可能不够精确，无法设计这些新的纳米结构材料并研究这些材料用于电极或其他能量存储设备。
”这是因为多孔介质模型通常假定材料内的孔径均匀，而不是测量材料的不同尺寸和几何特性。
Ardebili说：“我们的建议是，多孔介质模型可能很方便，但不一定准确。
对于最先进的设备，我们需要更准确的模型来更好地理解和设计新的电极材料。
”（来源休斯顿大学）。
氧化石墨烯修饰碳毡作为钒电池正极材料的电化学性能井明华;范新庄;刘建国;严川伟【摘要】作为液流电池的关键电极材料,碳毡是钒离子电极反应发生的场所,但其有限的电催化活性及反应面积严重制约了钒电池性能的提高.考虑到氧化石墨烯具有丰富的含氧官能团和良好的亲水性,可以通过简单的物理吸附法将氧化石墨烯修饰于碳毡表面,并将其作为钒电池正极材料,考察它对正极反应活性及电池性能的影响.实验结果表明,氧化石墨烯的修饰能够明显改善碳毡电极的亲水性,进而使其电化学表面积得到很大提高.值得关注的是,电化学测试结果说明,尽管氧化石墨烯/碳毡复合电极对+2VO/VO2+的反应活性大幅增加,但其主要得益于电极有效反应面积的提高,而电催化活性的贡献则相当有限.此外,单电池测试结果表明,充放电电流密度越大,电池效率提高的越明显,这也说明了氧化石墨烯/碳毡复合电极具有良好的倍率性能.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2017(006)002【总页数】7页(P263-269)【关键词】氧化石墨烯;碳毡;电催化活性;电化学表面积;钒电池;正极反应【作者】井明华;范新庄;刘建国;严川伟【作者单位】中国科学院金属研究所,辽宁沈阳 110016;中国科学院金属研究所,辽宁沈阳 110016;中国科学院金属研究所,辽宁沈阳 110016;中国科学院金属研究所,辽宁沈阳 110016【正文语种】中文【中图分类】TM911随着能源危机与环境污染的日益加重，发展清洁高效的可再生能源逐渐成为近年来研究的热点[1]。
然而风能、太阳能等绿色能源具有不稳定、不连续等特性[2]，需与合适的规模储能技术联用才能实现电能的高效存储和稳定输出[3]。
全钒液流电池作为一种绿色的电化学储能器件，具有循环寿命长、环境友好、容量大，设计灵活、无交叉污染等优点，近年来受到越来越多的关注[4-5]。
作为钒电池的关键材料之一，电极是钒离子电极反应发生的场所，其结构和理化性质对于电活性物质的传递以及电化学反应动力学都有着重要影响。
因此，理想的钒电池电极材料需要具有良好的化学稳定性、高活性、高电导率、高比表面积以及优异的亲水性等特点。
在众多电极材料中，碳毡因具有低廉的价格、合适的孔结构、较高的导电性和化学稳定性而广泛应用于钒电池示范储能系统[6]。
然而，碳毡的亲水性较差，比表面相对于其它多孔碳材料也较低[7]，最关键的是其电化学活性不足，这些问题严重限制了钒电池性能的提高。
目前基于碳毡的改性方法主要有电化学处理[8]、热处理[9]、酸处理[10]、催化剂修饰[11-13]等，其目的主要是增大碳毡的比表面积及电催化活性。
尽管改性处理后碳毡的电化学性能得到了明显改善，但对于表面积及电催化活性在改善碳毡电化学性能的过程中所扮演的角色并没有进行充分的研究，这也导致难以对碳毡进行更有针对性的改性处理。
此外，上述多数改性方法较为繁琐，成本较高，且难以进行工程化放大。
因此深入研究碳毡的物理化学性质与其电化学行为的关系，进一步探明提高钒电池电极性能的关键因素，对于直接、有效地提高钒电池性能至关重要。
本工作以碳毡为基体，采用物理吸附法将具有丰富含氧官能团及良好亲水性的氧化石墨烯直接修饰在碳毡表面，成功制备出氧化石墨烯/碳毡复合电极（GO/CF）。
通过物理表征及电化学测试系统地考察了GO/CF作为钒电池正极材料的物理化学性质和电化学性能，并且揭示了GO/CF电极的电化学表面积和电催化活性对其性能的影响规律，从而为提高钒电池电极性能以及实现其工程化放大提供依据。
1.1 实验试剂及仪器实验中用到的主要材料有: 氧化石墨烯（GO，Hummers法制备）；聚丙烯腈基碳毡（PAN-CF）（江油润生石墨毡有限公司）；Nafion溶液（质量分数为5%，杜邦公司），使用时用无水乙醇将其稀释到0.02%；电化学实验中的电解液为0.1 mol/L的VOSO4＋2.0 mol/L的H2SO4；小电池充放电实验用电解液采用总钒浓度为1.7 mol/L（等物质的量的V3+和V4+）、硫酸浓度为3.0 mol/L的混合溶液。
实验中使用的主要仪器：扫描电镜SEM（FEI INSPECT-F）；透射电镜TEM（H-800，日本株式会社日立制造所）；接触角测试仪（JYPHb，承德金和仪器制造有限公司）；电化学工作站（Gamry Refence 600）；电池测试系统（CT-3008 5V 10A，Land CT2001A）；蠕动泵（BT100-1L，保定兰格恒流泵有限公司）。
1.2 实验方法1.2.1 GO/CF复合电极的制备GO 采用改良的Hummers法制备[14]。
主要步骤如下：冰浴条件下，向67.5 mL 的浓硫酸中加入2.0 g高纯石墨和1.6 g NaNO3，搅拌均匀后缓慢加入9.0 g的固体KMnO4。
而后于水浴中控制反应温度在32～38 ℃, 反应时间为30 min。
室温下放置5天后用560 mL的热水稀释，随即滴加30% 的H2O2还原剩余的高价锰离子，直至溶液变为亮黄色。
趁热离心洗涤（16000 r/min、10 min）至中性，产物置于真空干燥箱中干燥，备用。
将制备好的氧化石墨烯分散于0.02%的Nafion/乙醇溶液中，配制成2 mg/mL的分散液，然后将 5 cm×10 cm的碳毡浸泡于此分散液中至吸收完全，放入40 ℃的烘箱中烘干备用。
1.2.2 物理化学表征采用扫描电镜以及透射电镜考察了氧化石墨烯以及GO/CF复合电极的表面形态和结构特征；使用接触角测试仪对复合前后的碳毡的亲水性能进行了比较。
1.2.3 电化学性质表征采用电化学工作站和三电极体系研究了碳毡修饰氧化石墨烯前后的电化学行为。
碳毡为工作电极（0.385 cm2），饱和甘汞电极为参比电极，铂片为辅助电极。
复合前后电极的电化学表面积由小幅电位阶跃法测得，测试中将工作电极质量控制在15 mg，阶跃电位10 mV。
电极的电化学性质通过循环伏安（CV）和交流阻抗谱（EIS）进行考察。
电解质溶液均为0.1 mol/L VOSO4＋2.0 mol/L H2SO4溶液；CV测试扫速为5 mV/s；EIS频率是10-2～105 Hz，正弦交流信号的振幅为10 mV。
此外，分别采用CF和GO/CF为正极，CF为负极组装成单电池进行充放电测试，以考察GO/CF电极作为钒电池正极材料的电化学性能。
测试温度25～30 ℃，充放电截止电压分别为1.65 V 和0.75 V，电解液流速为40 mL/min。
2.1 SEM和TEM表征首先采用扫描电镜以及透射电镜考察了前文中制备的氧化石墨烯的形貌特征。
从图1(a)可以看出：GO为薄片状结构，大多以多层的石墨烯片存在，边缘呈现出较多的缺陷，且表面具有较多丝绸状的褶皱；图1(b)TEM照片中显示，GO具有较低的衬度和丰富的褶皱，尺寸从几百纳米到几十微米不等。
图1(c)和图1(d)为碳毡修饰GO前后的SEM照片。
与表面相对光滑的碳毡[图1(c)]不同，修饰GO后的碳毡表面分散着大大小小的氧化石墨烯片，而这些片状的GO由于自身含有丰富的含氧官能团、较多的缺陷以及较大的比表面积[15]，有望提高GO/CF复合电极的亲水性和比表面积，进而提升其电化学性能。
2.2 接触角测试为了验证GO对碳毡亲水性的影响，我们对修饰GO前后的碳毡进行了接触角测试，测试溶液为0.1 mol/L VOSO4＋2.0 mol/L H2SO4电解液。
图2为CF 和GO/CF与电解液的接触角图片。
如图2所示，修饰GO以后，电极与电解液的接触角由119.8°降低至75.3°，说明该复合电极具有更加优异的亲水性能，而电极材料的亲水性对电极的有效比表面有着至关重要的作用[16]。
因为良好的亲水性会使电解液与电极的接触更为充分，电解液更容易进入电极内部的微孔或介孔中，进而大幅提高其电化学表面积；而较大的电化学反应面积会在一定程度上降低电池的极化，从而提升电池性能。
2.3 电化学比表面积测试实际上，在电化学分析中用碳电极的物理面积来代替电极的实际反应面积是不恰当的。
因为碳电极，尤其是碳毡电极具有一定的疏水性，其物理表面并不能完全被电解液浸润，所以即便其具有较大的物理表面积，如果亲水性较差，其所能够提供的电化学反应面积也会很小。
小幅电位阶跃法可以用于计算电极材料的真实电化学活性面积（ECSA）[17]，但其测试的前提条件是要控制好电解液组成和电位范围，确保在测试过程中没有电化学反应发生，则此过程中的电流完全用于双电层充电。
图3为CF和GO/CF于0.1 mol/L VOSO4＋2.0 mol/L H2SO4溶液中的恒电位阶跃曲线，电压幅值10 mV。
由式(1)可以计算出相应电极的电化学比表面积SECSA[16]式中，SECSA为电化学比表面积，m2/g；i为响应电流，A；t为电流恒定不变时所对应的时间，s；m为电极质量，g；η为阶跃电压幅值，V。
由式(1)计算可得，CF的电化学比表面积约为4.93 m2/g，GO/CF的电化学比表面积约为60.3 m2/g。
可见，GO的引入使复合碳毡电极的活性表面积大大增加，其SECSA约为原毡的12倍。
主要原因有二：一方面，吸附在碳毡表面的GO自身能够直接提高复合电极的表面积；另一方面，复合电极较好的亲水性有利于电极表面的浸润，这对电化学表面积的提高具有重要意义。
2.4 CF及GO/CF的电化学活性测试2.4.1 CV测试CV测试对于考察电极材料的电化学活性有着非常重要的意义，它可以在一定程度上反映出电极对钒离子电对的电催化活性，电极反应的可逆性等[17]。
图4为CF 和GO/CF电极在0.1 mol/L VOSO4＋2.0 mol/L H2SO4溶液中的CV曲线。
如图4所示，/VO2+电对在CF和GO/CF上均出现近似对称的氧化还原峰，不同的是在GO/CF电极上具有更大的峰电流和更小的峰位差，表明GO/CF复合电极对钒电池正极反应具有更好的电化学活性。
这主要是由于GO/CF复合电极具有更大的电化学活性面积，更多的电化学活性位点，使其电化学反应电流增大，同时电化学极化也有所降低。
表1为/VO2+在CF和GO/CF电极上的CV电化学参数，对应于CF和GO/CF电极的Ipa/-Ipc的值分别为1.31和1.26，表明/VO2+在GO/CF电极上具有更好的可逆性，进一步说明了复合电极对于/VO2+的电催化活性也得到了一定程度的改善[18]。
2.4.2 EIS测试交流阻抗作为一种对电极表面几乎零破坏的测试手段，可以用来研究电极上的电化学反应过程[19]。
图5为/VO2+在CF和GO/CF电极上的电化学阻抗Nyquist图，极化电位为0.9 V。
如图所示，CF和GO/CF对应的Nyquist图均表现为两个压扁的半圆弧，可以将二者拟合为插图中所示的等效电路[20]。
