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超级电容器电极材料的制备及电化学性能研究
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&&20年​超​级​电​容​器​学​位​论​文
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凝聚态物理专业、材料物理与化学专业博士生导师
兰州大学物理科学与技术学院副院长
电子材料研究所&所长
地址：兰州市天水南路222号，兰州大学物理科学与技术学院
电子邮件：xieeq@
个人简介：
谢二庆，男，1963年10月生，汉族，无党派民主人士。1995年毕业于兰州大学物理系，获理学博士学位；毕业后留校工作至今。年日本文部省COE（Center Of Excellence）成员，日本国立无机材料研究所客员研究员；年加拿大曼尼托巴大学访问学者；2002年英国曼彻斯特理工大学访问学者。2001年获得教育部优秀青年资助计划，2004年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”， 2012年获得“全国优秀百篇博士论文指导教师”称号。现为兰州大学教授，凝聚态物理和材料与化学专业博士生导师，物理科学与技术学院副院长。
研究方向：
研究工作：
近年来曾先后多次承担国家自然科学基金以及“863”项目子课题，目前正主持国家自然科学基金面上项目1项，联合基金1项:
&&（1）国家自然科学基金-面上项目：4.12，基于电子“高速公路网络”的高载流子收集效率的染料敏化太阳能电池；
& （2）国家自然科学基金-联合基金项目：5/12，高能重离子辐照聚合物制备碳质功能材料与机理研究。
发表论文：
最新文章（2015）
1. H. Zhu, Z. Wang, M. Cui, B. Li, X. Gao, J. Sun, C. Yao, K. Wei, T. Shen, L. Pang, Y. Zhu, Y. Li, J. Wang, and E. Xie, Temperature dependent surface modification of T91 steel under 3.25 MeV Fe-ion implantation, Appl. Surf. Sci., : 1-6.2.&C. Zhao, B. Huang, E. Xie, J. Zhou, and Z. Zhang, Improving gas-sensing properties of electrospun In2O3 nanotubes by Mg acceptor doping, Sensor Actuat. B-Chem., , Part A: 313-320.
3. G.S. Jinyuan Zhou, Hao Zhao, Xiaojun Pan, Zhenxing Zhang, Yujun Fu, Yanzhe Mao, Erqing Xie,, Tunable white light emission by variation of composition and defects of electrospun Al2O3CSiO2 nanofibers,Beilstein J. Nanotechnol., 3C320.4. J. Zhou, D. Song, H. Zhao, X. Pan, Z. Zhang, Y. Mao, Y. Fu, T. Wang, and E. Xie, Microstructural and photoluminescent properties of terbium-doped SiC nanotubes prepared by sputtering using electrospun polymer templates, J. Luminescence, : 119-125.5. W. Fu, C. Zhao, W. Han, Y. Liu, H. Zhao, Y. Ma, and E. Xie, Cobalt sulfide nanosheets coated on NiCo2S4 nanotube arrays as electrode materials for high-performance supercapacitors, J. Mater. Chem. A, 2015.6. F. Teng, G. Zhang, Y. Wang, C. Gao, Z. Zhang, and E. Xie, Photocatalytic properties of titania/porous carbon fibers composites prepared by self-template method, J. Mater. Sci., 21-2931 7. J. Wang, X. Gao, N. Gao, Z. Wang, M. Cui, K. Wei, C. Yao, J. Sun, B. Li, Y. Zhu, L.L. Pang, Y.F. Li, D. Wang, and E.Q. Xie, Grain size effects on He bubbles distribution and evolution, J. Nuclear Mater., : 182-185.8. T. Wang, D. Song, H. Zhao, J. Chen, C. Zhao, L. Chen, W. Chen, J. Zhou, and E. Xie, Facilitated transport channels in carbon nanotube/carbon nanofiber hierarchical composites decorated with manganese dioxide for flexible supercapacitors, J. Power Sources, : 709-717.9. Y. Li, Y. Wang, L. Chen, X. Li, W. Han, and E. Xie, Controlled Synthesis on Ag Nanowires for Conductive Transparent Electrodes, Mater. Manuf. Process, -33.10. W. Fu, X. Li, C. Zhao, Y. Liu, P. Zhang, J. Zhou, X. Pan, and E. Xie, Facile Hydrothermal synthesis of flowerlike ZnCo2O4 microspheres as binder-free electrodes for supercapacitors, Mater. Lett., 2015.11. W. Lan, Y. Sun, Y. Chen, J. Wang, G. Tang, w. dou, Q. Su, and E. Xie, Ultralight and Flexible Supercapacitor Electrodes Made from the Ni(OH)2 Nanosheets doped with Ag Nanoparticles/3D Graphene Composite, RSC Adv., 878-20883.12. W. Lan, Y. Sun, Y. Chen, J. Wang, G. Tang, W. Dou, Q. Su, and E. Xie, Ultralight and flexible supercapacitor electrodes made from Ni(OH)2 nanosheets doped with Ag nanoparticle/3D graphene composite, RSC Advances, 878-20883.13. X. Li, Z. Wang, Z. Zhang, L. Chen, J. Cheng, W. Ni, B. Wang, and E. Xie, Light Illuminated [agr]-Fe2O3/Pt Nanoparticles as Water Activation Agent for Photoelectrochemical Water Splitting, Sci. Rep., 2015, 5.
代表性作品
1.Y. He, W. Chen, X. Li, Z. Zhang, J. Fu, C. Zhao, and E. Xie, Freestanding three-dimensional graphene/MnO2 composite networks as ultralight and flexible supercapacitor electrodes, ACS Nano, 4-82. 被引用228次，该文被评为“2013 年中国百篇最具影响国际学术论文”。
2. S. Matsumoto, E.-Q. Xie, F. Izumi, On the validity of the formation of crystalline carbon nitride , C3N4, Diam. Relat. Mater. 8 (-82.&被引193次
3.&Bingan Lu, Yajiang Wang, Yanxia Liu, Jinyuan Zhou, Zhenxing Zhang, Youqing Wang, Wei Wang, Xiaodong Li, Wei Lan, and Erqing Xie, Superhigh-throughput needleless electrospinning nanofibers using a rotary cone as spinneret. Small ) 1612.& 被引用77次
4.C. Gao, X. Li, B. Lu, L. Chen, Y. Wang, F. Teng, J. Wang, Z. Zhang, X. Pan, and E. Xie, A facile method to prepare SnO2 nanotubes for use in efficient SnO2-TiO2 coreCshell dye-sensitized solar cells, Nanoscale, 75-81. 被引用55次&
5. Erqing Xie, Ziwei Ma, Hongfeng Lin, Zhimin Zhang, Deyan He: 'Preparation and characterization of SiCN films', Opt. Mater. 23 (. ()& 被引用49次
6. B. Lu, C. Zhu, Z. Zhang, W. Lan, and E. Xie, Preparation of highly porous TiO2 nanotubes and their catalytic applications, J. Mater. Chem., 75-9. 被引用44次
7.&Ran Jiang, Erqing Xie, Zhenfang Wang: 'Interfacial chemical structure of HfO2/Si film fabricated by sputtering', Appl. Phys. Lett.& 89(14) (.& 被引用44次
9. Changwen Jia, Erqing Xie, Aihua Peng, Ran Jiang, Fan Ye, Hongfeng Lin, Tao Xu: 'Photoluminescence and energy transfer of terbium doped titania film', Thin Solid Films 496 (.&被引用43次
10.&Huigao Duan, Erqing Xie, Li Han, and Zhi Xu: 'Turning PMMA Nanofibers into Graphene Nanoribbons by In Situ Electron Beam Irradiation', Adv. Mater. 20 (C8.& 该论文被Nature Nanotechnology, Nature China, 以及Nature Asia等作为研究亮点报道。被引用33次。
11.&Yongzhe Zhang, Lihui Wu, Erqing Xie, Huigao Duan, Weihua Han& and Jianguo Zhao: 'A simple method to prepare uniform-size nanoparticle TiO2 electrodes for dye-sensitized solar cells', J. Power Source 189(2) (-63.& 被引用36次
12. X.D. Li, C.T. Gao, H.G. Duan, B.G. Lu, X.J. Pan, and E.Q. Xie, Nanocrystalline TiO2 film based photoelectrochemical cell as self-powered UV-photodetector, Nano Energy, 0-645.被引用24次
13. J.C. Fu, C.H. Zhao, J.L. Zhang, Y. Peng, and E.Q. Xie, Enhanced Gas Sensing Performance of Electrospun Pt-Functionalized NiO Nanotubes with Chemical and Electronic Sensitization, Acs Applied Materials & Interfaces, 10-7416. 被引用17次
14. X.D. Li, C.T. Gao, H.G. Duan, B.G. Lu, Y.Q. Wang, L.L. Chen, Z.X. Zhang, X.J. Pan, and E.Q. Xie, High-Performance Photoelectrochemical-Type Self-Powered UV Photodetector Using Epitaxial TiO2/SnO2 Branched Heterojunction Nanostructure, Small, 05-2011. 被引用23次
15. C. Zhao, W. Hu, Z. Zhang, J. Zhou, X. Pan, and E. Xie, Effects of SnO2 additives on nanostructure and gas-sensing properties of α-Fe2O3 nanotubes, Sensors and Actuators B: Chemical, : 486-493.&被引用14次
16.&F. Teng, M. Li, C. Gao, G. Zhang, P. Zhang, Y. Wang, L. Chen, and E. Xie, Preparation of black TiO2 by hydrogen plasma assisted chemical vapor deposition and its photocatalytic activity, Applied Catalysis B: Environmental, 9: 339-343.&被引用10次
&高频引用文章（Google统计, ）H-index of 27
1. Y. He, W. Chen, X. Li, Z. Zhang, J. Fu, C. Zhao, and E. Xie, Freestanding three-dimensional graphene/MnO2 composite networks as ultralight and flexible supercapacitor electrodes, ACS Nano, 4-82. 被引用228次2. S. Matsumoto, E.Q. Xie, F. Izumi, On the validity of the formation of crystalline carbon nitrides, C3N4, Diam. Relat. Mater., 75-82. 被引用193次3. B. Lu, Y. Wang, Y. Liu, H. Duan, J. Zhou, Z. Zhang, Y. Wang, X. Li, W. Wang, and W. Lan, Superhigh-Throughput Needleless Electrospinning Using a Rotary Cone as Spinneret, Small, 12-6. 被引用77次4. C. Gao, X. Li, B. Lu, L. Chen, Y. Wang, F. Teng, J. Wang, Z. Zhang, X. Pan, and E. Xie, A facile method to prepare SnO2 nanotubes for use in efficient SnO2-TiO2 coreCshell dye-sensitized solar cells, Nanoscale, 75-81. 被引用55次5. Y. He, W. Chen, C. Gao, J. Zhou, X. Li, and E. Xie, An overview of carbon materials for flexible electrochemical capacitors, Nanoscale, 99-820. 被引用49次6. E. Xie, Z. Ma, H. Lin, Z. Zhang, and D. He, Preparation and characterization of SiCN films, Opt. Mater., 1-6. 被引用49次7. B. Lu, C. Zhu, Z. Zhang, W. Lan, and E. Xie, Preparation of highly porous TiO2 nanotubes and their catalytic applications, J. Mater. Chem., 75-9. 被引用44次8. R. Jiang, E. Xie, and Z. Wang, Interfacial chemical structure of HfO2/Si film fabricated by sputtering, Appl. Phys. Lett., 2907. 被引用44次9. C. Jia, E. Xie, J. Zhao, Z. Sun, and A. Peng, Visible and near-infrared photoluminescences of europium-doped titania film, J. Appl. Phys., : 023529. 被引用44次10. B. Lu, T. Li, H. Zhao, X. Li, C. Gao, S. Zhang, and E. Xie, Graphene-based composite materials beneficial to wound healing, Nanoscale, 78-82. 被引用43次11. C. Jia, E. Xie, A. Peng, R. Jiang, F. Ye, H. Lin, and T. Xu, Photoluminescence and energy transfer of terbium doped titania film, Thin Solid Films, : 555-9. 被引用43次12. C. Zhu, B. Lu, Q. Su, E. Xie, and W. Lan, A simple method for the preparation of hollow ZnO nanospheres for use as a high performance photocatalyst, Nanoscale, 60-4. 被引用41次13. W. Wu, S. Bai, N. Cui, F. Ma, Z. Wei, Y. Qin, and E. Xie, Increasing UV photon response of ZnO sensor with nanowires array, Sci. Adv. Mater., 2-6. 被引用40次14. J. Zhang, L. Shao, Y. Fu, and E. Xie, Cu2ZnSnS4 thin films prepared by sulfurization of ion beam sputtered precursor and their electrical and optical properties, Rare Metals, 5-9. 被引用37次15. A. Peng, E. Xie, C. Jia, R. Jiang, and H. Lin, Photoluminescence properties of TiO2: Eu3+ thin films deposited on different substrates, Mater. Lett., 66-9. 被引用37次16. Y. Zhang, L. Wu, E. Xie, H. Duan, W. Han, and J. Zhao, A simple method to prepare uniform-size nanoparticle TiO2 electrodes for dye-sensitized solar cells, J. Power Sources, : 1256-63. 被引用36次17. Y. Zhang, Y. Liu, L. Wu, H. Li, L. Han, B. Wang, and E. Xie, Effect of annealing atmosphere on the photoluminescence of ZnO nanospheres, Appl. Surf. Sci., : 4801-5. 被引用36次18. J. Song, M. Chen, M.B. Olesen, C. Wang, R. Havelund, Q. Li, E. Xie, R. Yang, P. B?ggild, and C. Wang, Direct electrospinning of Ag/polyvinylpyrrolidone nanocables, Nanoscale, 66-71. 被引用35次19. Y. Zhang, L. Wu, H. Li, J. Xu, L. Han, B. Wang, Z. Tuo, and E. Xie, Influence of Fe doping on the optical property of ZnO films, J. Alloys Compd., : 319-22. 被引用35次20. Y. Wang, T. Endo, E. Xie, D. He, and B. Liu, Luminescence properties of Ca4GdO(BO3)3: Eu in ultraviolet and vacuum ultraviolet regions, Microelectron. J., 7-61. 被引用34次21. H. Duan, E. Xie, L. Han, and Z. Xu, Turning PMMA nanofibers into graphene nanoribbons by in situ electron beam irradiation, Adv. Mater., 84-3288. 被引用33次22. J. Zhao, C. Jia, H. Duan, Z. Sun, X. Wang, and E. Xie, Structural and photoluminescence properties of europium-doped titania nanofibers prepared by electrospinning method, J. Alloys Compd., : 497-500. 被引用32次23. H. Duan, J. Zhao, Y. Zhang, E. Xie, and L. Han, Preparing patterned carbonaceous nanostructures directly by overexposure of PMMA using electron-beam lithography, Nanotechnology, 5306. 被引用31次24. X. Li, C. Gao, J. Wang, B. Lu, W. Chen, J. Song, S. Zhang, Z. Zhang, X. Pan, and E. Xie, TiO2 films with rich bulk oxygen vacancies prepared by electrospinning for dye-sensitized solar cells, J. Power Sources, : 244-50. 被引用30次
研究成果：
迄今为止，已在Adv.&Mater.、ACS Nano、Small、J. Mater. Chem.、JACS、Langmuir、Carbon、Nanotechnology、 J.&Power&Sources、JPCC、 JAP、 APL、 Nanoscale等国内外知名刊物上发表论文340余篇，已授权专利15项。其中， SCI论文252篇，总引用次数为3016，平均每篇引用次数为8.8，h-index达到了27，i10-index达到了86 (Google统计，)
研究组成员：
已毕业研究组成员：
博士研究生:
张鹏、赵海涛（2014级）
赵长辉、王有庆、陈露露（2013级）
滕凤、高彩天、李训栓、王霁（2012级）
何勇民（2011级）
毛延哲、陈彦（2010级）
硕士研究生：
黄宝玉、张泽民、陈佳义（2014级）
马宇芳、赵浩、刘莹、赵博、付文斌（2013级）
李修蕾、李逸群（2012级）
王欢、马向文
2014年：陈万军（西北民族大学）、傅杰财（中科院纳米所）、安秀云（洛阳理工学院）、龚成师（兰州510所）| 张国志（京东方）、张海军（兰州大学）曲莉莉（兰州铝厂）、王峰（包头稀土）；
2013年：李小东（绵阳九院）、张培增（兰州工专）| 王江涛（天津）、李明阳（京东方）、马占吉、武生虎、曹生珠（兰州510）、刘滨（省科院）；
2012年：苏玉荣（德国）、刘利新（绵阳九院）鲁兵安（湖南大学）、谢毅柱（深圳大学）、李凯（兰州510所）| 章山山（深圳）、王洁冰（兰州510所）；
2011年：刘延霞（金昌市粮食局）、陈长城（西安771所）、马紫微（运城师范学院）、郭小松（青岛科技大学）、康翠萍（宝鸡文理学院）、张洪亮（中科院宁波所）| 王亚江（西安）、包忠（宜昌710所）、王唯（深圳中广核铀业）；
2010年：段辉高（湖南大学）、陈支勇（沙河玻璃技术研究院）、周明（西北师范大学）、周金元 | 徐显波（中科院近物所）、宋曦（甘肃电力）、赵海廷（京东方）、刘滨（日本）；
2009年：张永哲（北京工业大学）、赵建果（洛阳师范学院）、张振兴、贾璐（上海华虹宏力半导体）、李瑞山（兰州理工大学）；
2008年：王涛（西北师范大学）、李晖（西安）、潘孝军、韩卫华 | 孙志文（上海）、王晓明（武汉中芯国际）、刘金宁（中科院上海微系统所）、武丽慧（佛山）；
2007年：叶凡（深圳大学）、蒋然（山东大学）、贾昌文（荷兰）、张军（湛江师范学院）；
2006年：林洪峰（成都天威新能源）、彭爱华（中国石油大学）| 小琴（杭州）；您所在位置： &
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复合氧化物作为超级电容器电极材料的研究.pdf81页
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硕士学位论文
复合氧化物作为超级电容器电极材料的研究
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哈尔滨工业大学
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座机电话号码年66月
国内图书分类号：TM53
学校代码：10213
国际图书分类号：538.9
密级： 公开
理学硕士学位论文
复合氧化物作为超级电容器电极材料的研究
硕 士 研 究 生：吕静波
师：吕唇淌
申 请 学 位：理学硕士
科：凝聚态物理
所 在 单 位：物理系
答 辩 日 期：
授予学位单位：哈尔滨工业大学
Classified Index: TM53
U.D.C: 538.9
Dissertation for the Master Degree in Science
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Candidate：
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CCaannddiiddaattee：：
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中国科学院物理研究所
北京凝聚态物理国家实验室
宏观碳纳米结构复合界面设计与其在可拉伸/可折叠超级电容器中的应用探索取得进展
　　随着电子皮肤、柔性手机等概念的相继提出和研究的不断深入，作为柔性电子系统的重要组成部分，新型（如柔性，可拉伸，可弯折等）能量储存和供给单元正迅速被人们所重视。发展具有高能量密度、高功率密度及高循环稳定性的轻薄新型能量存储器件（例如：薄膜超级电容器）势在必行。目前柔性可拉伸超级电容器已取得一定进展，但其性能却远不能满足应用需求。若想得到电化学性能优异、拉伸性能＞100%的超级电容器，其关键问题是实现高可拉伸的复合电极，耐拉伸的复合界面和一体化的器件结构。　　中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）先进材料与结构分析实验室“纳米材料与介观物理”研究小组（A05组），多年来一直致力于碳纳米结构的制备、物性与应用基础研究，近年来在宏观碳纳米结构及其复合材料的构筑、性能和应用探索方面取得了系列成果（Nano Lett. 36; Energ. Environ. Sci. 40; Energ. Environ. Sci. 26; Adv. Funct. Mater. 38; Adv. Mater. 58, Sci. Rep. 48）。最近，在以往工作的基础上，该课题组在宏观碳纳米结构复合界面设计与其在可拉伸/可折叠超级电容器的应用探索方面取得进展。　　（1）该课题组博士生张楠、周维亚研究员、解思深院士等人，研究了碳纳米管基复合材料的界面结构、形成机制和性质，探讨了界面多尺度耦合效应对性能的影响，探索了碳纳米管的优异的力学、电学性质在宏观尺度碳纳米复合体系上的保持、传递及其演变等基本科学问题。进一步解决了连续制备的SWCNT分级网络结构薄膜在约10%应变下出现宏观尺度裂纹的问题，制备出了高抗拉伸（120-140%伸长量）碳纳米管基复合薄膜电极，组装出全固态、高抗拉伸、一体化、高性能的超级电容器，在0-120%往复拉伸过程中其性能保持稳定，显示出在便携、生物兼容、皮肤型器件中的应用前景。相关工作发表在Nano Res.（80-1690）上。　　（2）该课题组与新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院牛志强博士和陈晓东教授合作，设计了几种赝电容型电极结构，如：还原氧化石墨烯（rGO）与纤维素纸（cellulose fibers, CFs）的堆积结构和纳米结构复合电极，探究了电解质在不同界面的传输能力。发展了一种石墨烯和纸纳米复合的新方法，得到了充分利用石墨烯比表面积和导电性的石墨烯与纸的复合结构。以这种独特的微纳复合结构为模版，构筑了一种柔性可折叠的PANI-rGO/CF分级结构复合纸，组装出一种柔性可折叠全固态超级电容器，其电化学性能得到有效提高，电极比电容达460 F/g，当将电容器折叠到180°时，质量比电容损失仅为5%。为全固态超级电容器实现在弯折动态过程中保持性能稳定提供了可能。研究结果发表在Adv. Mater.（55-4862）上。　　相关研究得到了科技部、国家自然科学基金委和中科院有关基金的支持。
图1 一体化可拉伸SWCNT/PANI 超级电容器的界面结构的SEM图像和示意图。
图2 一体化可拉伸SWCNT/PANI 超级电容器在有无拉伸状态下的电化学测量曲线。
图3 分别基于紧密型rGO/CF复合纸、纳米结构rGO/CF复合纸和分级结构PANI-rGO/CF复合纸的常规超级电容器的电化学测量结果；不同PANI沉积时间下分级结构PANI-rGO/CF复合纸的比电容。
图4 全固态超级电容器在不同弯曲(a)和折叠(b)状态下的比电容变化。
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超级电容器炭电极材料孔结构对其性能的影响
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