三维石墨烯/聚苯胺纳米线复合材料合成及室温气敏性能

以三维石墨烯和苯胺为原料,使用化学氧化聚合法制备二元复合材料三维石墨烯/聚苯胺纳米线(3D-rGO/PANI),石墨烯既是气敏材料的组成部分,又是聚苯胺的生长模板。复合材料的结构表征使用扫描电镜、红外光谱仪和比表面测试仪。结果表明:PANI是线状结构,复合材料有大量空隙,比表面积大。室温下,和纯PANI相比,3D-rGO/PANI对H2表现出较好的气敏性能,H2浓度为500×10-6时,灵敏度达到10.6。复合材料的大比表面积和协同效应有助于气敏性能提高。     

三氧化钨纳米材料在二氧化氮气敏传感器中的研究进展

三氧化钨(WO_3)因其氧含量与氧缺陷随着环境因素变化而变化,使得其成为一种理想的二氧化氮(NO_2)气敏材料。简要介绍了WO_3材料的结构、特性和NO_2气敏机理,综述了近5年来高性能WO_3气敏材料在NO_2气体检测中的最新研究进展,分析了WO_3气敏材料存在的主要问题与挑战,重点讨论高比表面积WO_3材料、WO_3复合材料等的解决途径。最后,展望了WO_3气敏材料在NO_2气敏传感器中的发展方向和应用前景,提出了开发低电阻WO_3膜电极是未来高性能NO_2传感器的研究重点。     

不同比例碳纳米管/石墨烯杂化材料的制备及性能

碳纳米管和酸化石墨烯可以通过聚丙烯酰氯的桥梁作用紧密地连接在一起,形成稳定的碳纳米管/石墨烯杂化材料。将合成杂化材料所需的碳纳米管和石墨烯的比例分别调整为1∶2和2∶1与聚丙烯酰氯进行反应。用红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)和拉曼光谱(Raman)对反应产物碳纳米管/石墨烯杂化材料进行表征。将合成的不同种类杂化材料添加到环氧树脂中制备复合材料,研究不同种类的杂化材料对环氧树脂的增强增韧效果。拉伸测试结果表明,碳纳米管和石墨烯的比例为1∶2时,合成的碳纳米管/石墨烯杂化材料对环氧树脂基的增强增韧效果最佳。这是由于当碳纳米管与石墨烯的比例为1∶2时,碳纳米管可以更均匀地分散在石墨烯的片层中,形成稳定的三维结构,当复合材料承受外力时不会产生局部应变,从而达到增强增韧效果。     

杂原子掺杂三维石墨烯水凝胶的制备及电化学性能

采用水热法分别制备了氮、磷、硫等杂原子掺杂的三维石墨烯水凝胶电极材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱仪、X射线衍射仪(XRD)和光电子能谱仪(XPS)对材料的微观结构进行了分析,并利用电化学方法对材料的电化学性能进行了研究。结果表明:氮、磷、硫等杂原子掺杂入石墨烯晶格,掺杂的石墨烯呈现三维多孔层状形貌。杂原子的掺杂均有利于提高石墨烯的电化学性能,其中以磷掺杂石墨烯电极材料的性能最佳,原子半径最大的P掺杂使石墨烯晶格畸变加剧,比表面积显著增大进而保证了电解质在材料中的快速嵌入和脱出。在1 mol/L H_2SO_4的电解液中,电流密度为1 mA/cm~2时,其比容量388 F/g,组装成对称双电极电池装置,其能量密度在1 A/g的电流密度下可达到25.2 Wh/kg。优异的电容性能主要源于杂原子掺杂所提供的法拉第赝电容。     

基于ZIF8/rGO的高性能NO2室温传感器

二氧化氮气体是一种常见的大气污染物, 对自然环境和人类健康造成严重的危害, 开发检测该类有毒有害气体的高效检测设备势在必行。新型复合薄膜气体传感器可以在常温下对二氧化氮进行高选择性、高灵敏度检测, 为自然环境和人类健康保驾护航。本工作采用化学沉淀法和超声法制备了多孔、高比表面积的ZIF8/还原氧化石墨烯(ZIF8/rGO)复合材料, 以此为气敏材料构建NO₂传感器, 并系统研究了其在室温下对NO₂的气敏性能, 进一步探讨了ZIF8/rGO气敏传感器感应NO₂的可能机理。气敏实验结果表明：ZIF8/rGO气敏传感器对50×10^-6 NO₂的响应达到34.77%, 是纯rGO气敏传感器的3.2倍。ZIF8/rGO传感器在4个可逆循环测试中表现出较好的可重复性, RSD(Relative Standard Deviation)为3.9%。此外, ZIF8/rGO传感器表现出优秀的长期稳定性(RSD为2.5%)、选择性和低的检出限(3.8×10^-8)。室温下灵敏感应NO₂的气敏性能主要归因于ZIF8的多孔结构和超大的比表面积以及rGO的优越性能。本工作将为ZIF8/rGO作为气敏材料检测有毒有害的NO₂气体提供新思路。     

表面铁/氮掺杂介孔石墨烯气凝胶提升微生物燃料电池阳极性能的研究

以硫酸亚铁铵为铁源和氮源,利用水热反应和冷冻干燥法制备了铁/氮掺杂的介孔还原氧化石墨烯气凝胶(FNGA)。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、比表面分析仪对材料结构进行表征;采用循环伏安法和交流阻抗法对其电化学性能进行研究。结果表明,与直接水热还原得到的石墨烯气凝胶相比较,铁/氮掺杂的石墨烯气凝胶不仅具有孔径在10~20μm之间的三维多孔结构,而且还具有10nm以下的介孔结构并且具有较高的比表面积,当其作为电极材料时可以为电解液中的小分子氧化还原反应提供更多反应位点,将其作为阳极材料应用于希瓦氏菌微生物燃料电池中后,显著提高了电池的放电功率密度与电流密度,电池的最大功率密度可达到10.94 W/m2。为开发低成本高效的微生物燃料电极阳极材料提供了新的思路。     

石墨烯/卟啉复合气凝胶的制备与性能研究

石墨烯气凝胶既有石墨烯材料固有的柔性及优异的电学、力学性能，同时又具有高比表面积、低密度、大孔隙率等特点，其独特的三维结构有利于引入其他功能材料，从而赋予复合材料更为优异的性能。原卟啉分子具有高度共轭结构，并且与金属离子配位结合后可发挥催化功能。鉴于此，本工作利用原卟啉分子与石墨烯片层的π-π相互作用，在石墨烯气凝胶上组装一定浓度的原卟啉分子，从而制备了石墨烯/卟啉复合气凝胶材料。该方法工艺简单，容易操作。本工作分析了复合气凝胶材料的微观形貌和成分组成，研究了原卟啉分子的组装对石墨烯气凝胶导电性能的影响，以及石墨烯/卟啉复合气凝胶对硝酸根离子(NO₃^-)的检测作用。研究结果表明所制备的复合材料具有均匀的三维多孔结构，原卟啉分子的引入可以显著降低石墨烯气凝胶的电阻，而三维气凝胶结构可以有效地实现原卟啉与石墨烯的复合并实现对NO₃^-的灵敏检测。     

MOFs衍生的Sn掺杂In2O3材料的制备及氯气气敏性能

采用简单的水热法制备了Sn掺杂的有机框架化合物(MOFs),再煅烧衍生出Sn掺杂In₂O₃(Sn-In₂O₃)气敏材料。表征结果表明，材料的形貌是中空微米棒且材料的比表面积较大、Sn元素成功被掺杂，材料表面的氧空位浓度也较大。气敏测试结果表明，Sn-In₂O₃中空微米棒材料对低浓度Cl₂具有较大的灵敏度，理论最低检测限低至0.37×10^-9。通过气敏机理分析，其优良的Cl₂气敏性能主要归因于材料的中空结构、大的比表面积和丰富的氧空位，这主要来源于MOFs模板法的制备和Sn元素的掺杂。     

碳纳米材料的界面性能对环氧树脂复合材料固化行为的影响探究

采用原位聚合的方法制备碳纳米管/石墨烯杂化材料,透射电镜表征了该杂化材料的三维结构。通过碳纳米材料在乙醇溶液中的分散性实验,研究碳纳米材料与有机溶剂之间的界面性能。接着,按照0.3%(质量分数)的比例将碳纳米管、石墨烯以及碳纳米管/石墨烯杂化材料分别分散在环氧树脂中,通过DSC测试,分析杂化材料对环氧树脂固化行为的影响。结果表明:碳纳米管/石墨烯杂化材料在乙醇溶液中分散最稳定,同时杂化材料这种良好的分散性使其与树脂基体结合更为紧密,在树脂的固化过程中起到较好的促进作用。     

基于海藻制备超级电容器用三维多孔石墨烯

以海藻作为固相碳源,利用海藻对金属离子具有吸附性能的特点,在未进行生物质材料改性的条件下,实现海藻生物质材料对催化剂金属离子的均匀吸附.本文结合原位高温金属催化和化学活化的方法制备三维多孔石墨烯,并研究了其作为超级电容器电极材料的电化学性能.通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱、氮气吸附等手段对三维多孔石墨烯的形貌与结构进行表征分析.研究结果表明,制备的三维多孔石墨烯具有片层状三维网络结构,且片层较薄,并具有较高的石墨化程度,其比表面积达到1 700 m~2/g,孔径分布主要在2~10 nm.以该三维多孔石墨烯材料作为超级电容器电极材料,进行电化学性能表征,发现在较低的电压扫速下得到的比电容量为90 F/g,同时,该材料还具有较高的能量密度和功率密度.以海藻为固相碳源制备得到的三维多孔石墨烯材料在超级电容器领域具有一定的应用前景.     

石墨烯/碳纳米管复合气凝胶制备及其光热蒸发性能评价

石墨烯作为一种二维碳基纳米材料,具有宽光吸收范围、高的比表面积、优异的导热导电性及机械性能,在光热转换应用方面具有良好前景。为进一步增强石墨烯的吸光性能,减少石墨烯片层间的团聚,引入一维的碳纳米管,采用简单的水热还原法制备了石墨烯/碳纳米管复合气凝胶三维光热材料,其比表面积显著增强、表面更加粗糙,且具有开放的微观孔道结构。扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)等表征发现,石墨烯与碳纳米管实现了有效复合。以紫外-可见-近红外分光光度计(UV-vis-NIR)对材料进行了光吸收能力评价,结果证明石墨烯/碳纳米管复合气凝胶在200～2 500 nm区间内吸光度可达92%。将复合气凝胶置于人工海水上进行光热蒸发评价,发现对人工海水的蒸发速率可达2.287 kg·m~(-2)·h~(-1),光热转换效率达96.88%,说明该石墨烯/碳纳米管复合气凝胶具有良好的光热转化性能,在海水淡化方面具有广阔的应用前景。     

石墨烯气敏性能的研究进展

石墨烯因具有高的电子迁移率和超大的比表面积而有望成为新一代的气敏材料,近年来有关石墨烯气体传感器的研究工作逐年增加.概述了石墨烯的结构和特性;介绍了典型石墨烯气体传感器的工作原理;综述了本征和功能化石墨烯的多种气体气敏特性在理论和实验上的研究现状.     

三维石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料的制备及其性能EI北大核心CSCD

通过三步法及真空辅助浸渍的方法制备了石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料,该复合材料质轻并且内部的多孔石墨烯-吡咯气凝胶具有较为均一的三维结构,在与环氧树脂复合之后,这种三维结构也能很好地保留。石墨烯的三维网络为电子传导提供了快速通道,使材料的导电性能显著提高,仅有0.23%(质量分数)填料含量的石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料(1G-1%P,1300℃)的电导率可以达到67.1 S/m。石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料(1G-1%P,1300℃)的电磁屏蔽性能在8~12 GHz可以达到33 dB,更重要的是石墨烯-吡咯气凝胶骨架还起到了增强环氧树脂基体力学性能的作用,弯曲强度和弯曲模量与环氧树脂基体相比分别提高了60.93%和25.98%(10G-5%P,180℃),石墨烯-吡咯气凝胶的三维结构可以有效地改善材料整体的电磁屏蔽性能以及力学性能。     

聚(3,4乙烯二氧噻吩)/氧化石墨烯纳米杂化结构薄膜的设计合成与电致变色性能研究

本文成功地将聚(3,4乙烯二氧噻吩)(PEDOT)纳米颗粒修饰在氧化石墨烯(GO)纳米片表面,获得了PEDOT/GO杂化纳米结构。采用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱仪和X射线光电子能谱对杂化结构的形貌、微观结构、振动能级特征和表面化学状态进行了表征和分析。电化学性能与光吸收性能测试表明,与PEDOT薄膜相比PEDOT/GO杂化结构的电致变色性能获得了显著的提高,PEDOT/GO杂化结构在480 nm处的着色态和褪色态之间的对比度由杂化之前的23.4%提高到了杂化后37.6%,着色时间和褪色时间分别由1800 ms和1500 ms缩短为600 ms和700 ms,着色效率则由杂化前的55.8 cm2/C提高至杂化后的83.4 cm2/C。研究表明PEDOT/GO杂化结构在发展新型电致变色材料方面具有很大的潜力,在智能窗、可见光隐身材料等领域有望获得广泛的应用。     

中科院苏州纳米所在石墨烯气凝胶领域取得重要进展

正石墨烯气凝胶,经由石墨烯片层三维搭接、组装而来的石墨烯宏观体材料,具有三维连续多孔网络结构,表现出高比表面积、高孔隙率、优异导电性能及电化学行为,在能源存储、传感、吸附、复合材料等领域有重要应用前景。然而,目前常规石墨烯气凝胶的三维组装以石墨烯片层间的"面-面"局部搭接方式为主,进而形成具有三维无规     

聚噻吩掺杂纳米ZnO的制备及气敏性能

利用水热法制备了纳米ZnO颗粒,同时采用聚噻吩对其原位改性,利用X射线粉末衍射仪、扫描电镜和红外光谱对所制ZnO复合材料的结构和形貌进行表征分析。将合成的改性ZnO纳米颗粒用于传感材料,研究了其在检测挥发性有机物中的气敏性能。结果表明:聚噻吩掺杂纳米ZnO有利于复合材料气敏性能的提高,添加量不同对丙二醇的选择性和响应有明显影响,当掺杂量为10%(质量分数)时,对5×10-6的丙二醇的响应达到14。说明聚噻吩改性的纳米ZnO是可以有效检测丙二醇的气敏性材料。     

石墨烯/SiO2杂化材料增强增韧环氧树脂基复合材料

采用原位接枝法制备得到三维结构的石墨烯/SiO2杂化材料,用透射电镜对杂化材料的表观形貌进行表征,同时对二氧化硅的粒径进行表征。利用环氧树脂固化工艺制备复合材料样条,将不同比例(0.1%、0.3%、0.5%)的杂化材料添加到树脂中制备树脂基复合材料,利用万能强力仪测试样条的拉伸性能,利用扫描电镜对样条的断截面进行扫描,研究不同比例的杂化材料对树脂增强增韧效果的影响,并得到最佳的添加比例。再以最佳添加比例将石墨烯、SiO2、杂化材料分别添加到树脂中制备树脂基复合材料,研究不同种类的填料对树脂基复合材料的增强增韧效果。结合拉伸测试结果和断截面扫描结果分析可以得到,杂化材料的添加量为0.3%时,对树脂基复合材料的增强增韧效果最佳;且杂化材料对树脂的增强增韧效果要明显优于单独添加石墨烯和二氧化硅。     

石墨烯/炭黑杂化材料:新型、高效锂离子电池二元导电剂

采用CTAB为表面活性剂将氧化石墨烯和炭黑均匀分散,经水热过程将二者组装到一起,进而高温热处理得到石墨烯/炭黑杂化材料。该材料是一种具有独特结构和良好性能的石墨烯/炭黑杂化材料作为锂离子电池二元导电剂。炭黑颗粒均匀分布在石墨烯表面,可防止石墨烯片层团聚并进一步提高电子导电效率。由于炭黑可增加对电解液的吸附,促进电极内部锂离子的传输过程,最终提高锂离子电池的倍率性能。结果表明,使用质量分数5%900℃热处理之后的二元导电剂的LiFePO4,在10C时比容量为73mAh/g,优于使用10%炭黑导电剂时的LiFePO4(10C比容量为62mAh/g)。按照整个电极质量计算,前者的比容量性能比后者提高了近25%,同时在循环性能方面,前者的稳定性也优于后者。     

新型二维材料MXene的气敏性能研究进展

MXene是一种新型二维过渡金属碳化物/氮化物。作为二维材料,MXene具有大的比表面积和丰富的表面官能团,表面容易吸附气体分子,且吸附的气体分子会影响材料的导电性能。因此,MXene可以用来作为新型气敏材料。从理论到实验的角度综述各种MXene（Ti₃C₂ MXene、V₂C MXene、Mo₂C MXene等）的气敏性能以及气敏应用,归纳不同MXenes对气体的响应特性,分析MXene的气敏机理,总结MXene作为气敏材料的优势和缺点,展望MXene在气体传感器领域的未来应用前景。     

二维MXene材料在气体传感器领域的应用进展

MXene材料是由前过渡金属碳、氮化物组成的无机化合物,二维MXene及其复合材料具有类石墨烯层状结构、高比表面积、优异的导电性和丰富的表面活性位点,近年来在材料领域成为研究热点.本文聚焦二维MXene材料在气体传感器领域的应用前景,从MXene和气敏性能等角度进行了综述,重点对MXene及其(无机/有机)复合材料用作...