三维网状石墨烯的合成及其吸附性能研究进展

基于模板法和自组装法制备纳米材料的思路,人们把二维石墨烯片组装成三维网状结构,合成具有大比表面积、高孔隙率和独特网状结构的三维石墨烯(3D石墨烯)。由于独特的网状结构,使其在处理水中污染物质方面有着良好的应用前景。因此,可以通过增强石墨烯之间的联结作用和对其进行掺杂改性,来提高3D石墨烯与污染物质之间的静电作用、氢键作用和络合作用等。本文总结了模板辅助化学气相沉积法(模板辅助CVD法)、冰模板法、水热法和化学还原法等制备3D石墨烯及其在处理污水中重金属离子、有机物和染料的研究进展及成果。     

三维石墨烯及其复合材料的制备及在超级电容器中的研究进展

三维(3D)石墨烯及其复合材料具有柔韧性好、比表面积大、功率密度高、力学性能稳定以及离子传输迅速等优良性能,成为材料科学领域备受关注的材料。概述了三维石墨烯材料的基本性质和性能,并对其多元复合材料的制备方法以及在超级电容器储能材料方面的应用研究进展进行了评述。三维(3D)石墨烯常用的制备方法有自组装法、模板导向法和3D打印法等,通过对制备方法进行改进,可以有效调控三维材料的多孔结构、孔径、柔韧性和电子传递速度等性能。三维(3D)石墨烯与过渡金属化合物及导电聚合物复合而成的多元复合物在超级电容器电极材料方面表现出广阔的应用前景。     

三维石墨烯-氧化镍纳米晶复合膜的电容性能

本文首先采用高温化学气相沉积技术(CVD)在泡沫镍模板上生长三维石墨烯(3DG),然后利用化学浴沉积在石墨烯表面沉积碱式镍沉淀,氩气退火后得吸附氧化镍纳米片晶的石墨烯复合膜(3DG/NiO)。X-射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱、场发射扫描电子显微镜(FESEM)表征表明:泡沫镍表面生长了致密的三维石墨烯膜,层与层之间呈现明显的堆垛方式;石墨烯膜表面吸附了大量的NiO纳米片状晶体,相邻的纳米晶相互连接形成多孔结构。循环伏安(CV)曲线研究表明:3DG/NiO膜可作为兼具双电层电容和赝电容性能的复合型电极材料。充放电曲线研究表明:3DG/NiO电极的稳定充、放电比电容处于350~400F·g-1之间,300次循环后仅衰减1.12%,库仑效率保持在95%以上。     

三维石墨烯的制备及其在超级电容器中的应用

目的 三维石墨烯在实际应用中所呈现的性能与其理论模拟结果相差甚远,目前尚无系统的原因分析和改进方法总结,回顾三维石墨烯的发展历程及近几年国内外研究进展是必要的,为三维石墨烯在工业设计和生产制备超级电容器电极活性材料中的应用提供参考.方法 综述三维石墨烯的制备方法,阐述其在超级电容器中应用的研究,针对三维结构塌陷问题的解决办法、杂原子掺杂提高材料整体比电容及石墨烯基电容器的理论模拟等方面进行总结.结果 三维石墨烯的制备方法主要有自组装法和模板法,自组装法还原度普遍较低,电容值一般为100～300 F/g;模板法制备的石墨烯比表面积可达500 m2/g以上;多元素掺杂体系在高电流密度下的电容保持率普遍不足80％;关于分级多孔结构的理论模拟研究不足.结论 制备分级多孔结构的三维石墨烯、多元素掺杂体系理论研究、非对称超级电容器的研究及应用将受到学者的关注.     

三维石墨烯材料的制备及在水处理中的应用研究进展

随着经济的快速发展,越来越多的污染物质进入水体,污染环境,危害人体健康,污染废水亟待净化处理。在众多污水处理方法中,吸附法因经济、高效而被广泛使用。相较于传统吸附剂,石墨烯材料作为一种新型碳材料,具有比表面积大、化学稳定性好、含氧官能团丰富、可修饰性强等优点,对水体中的污染物具有较强的吸附能力。但二维石墨烯材料因片薄、粒径细小,在吸附污染物后较难实现固液分离,从而产生二次污染。将二维石墨烯组装成三维多孔网状聚集体,不仅能有效阻止石墨烯结构层的堆积,促进污染物的扩散吸附,还有利于吸附污染物后的固液分离。因此,在水污染处理领域,三维石墨烯吸附材料逐渐成为研究的焦点。三维石墨烯材料是以(氧化)石墨烯为主体交联形成的多孔网状宏观体新材料,继承了本征石墨烯良好的理化性能。其多孔网状纳米结构赋予自身较高的孔隙率和较快的溶质传输速度等特性,使其在水污染处理中具有良好应用前景。利用不同的化学物质,采取不同的制备方法对石墨烯材料进行接枝改性、掺杂复合等,可促进石墨烯三维宏观结构和微观孔隙结构的形成。综合国内外研究成果发现,三维石墨烯主要通过静电相互作用、π-π堆叠作用、疏水作用、氢键作用和络合作用等与污染物质结合,实现污染物的去除。对于阳离子污染物质,增加三维石墨烯材料表面的活性基团及吸附位点,可有效提高其对阳离子物质的吸附容量,优化其耐酸碱性,并提高吸附质的脱附率。而疏水亲油的三维石墨烯材料是去除油类污染物质的理想吸附材料,提高其孔隙率、比表面积和机械强度可大幅提高吸附材料的吸附性能,增强其弹性强度及热稳定性可显著提高其循坏再生性能。基于水环境污染治理的迫切需求以及三维石墨烯材料优异的吸附性能,本文从水污染治理角度出发,系统总结了水热自组装法、溶剂热自组装法、化学气相沉积法、有机高分子模板法和冰模板法等制备三维石墨烯材料的机理,综述了三维石墨烯材料在含染料、油污等有机污染物以及重金属离子废水中的吸附应用,并对其研究前景和发展趋势进行了展望。     

三维石墨烯材料的制备及在超级电容器中的应用现状

三维石墨烯材料(3DGMs)具有独特的三维多孔网络连通结构,大的比表面,良好的光、电、热、力学等性质,是理想的超级电容器材料,应用前景广泛。介绍了3DGMs的制备方法,综述了以化学生长法和化学气相沉积法制备的高质量、大比表面积3DGMs在超级电容器方面的应用现状,并对其未来发展趋势进行了展望。     

超级电容器用CeO_2-MnO/3D石墨烯复合材料的制备

以西瓜瓜瓤为碳源,采用两步碳化法制备三维石墨烯(3D-Fiberbased Graphene,3D G)材料,并使用水热法制备了CeO_2-MnO/3DG复合材料,以期获得比电容高,循环寿命好的石墨烯超级电容器电极材料。结果表明:3DG材料具有较高比表面积,最高可达到332m~2·g~(-1)。CeO_2-MnO/3DG复合材料具有三维导电网络结构,金属氧化物颗粒在石墨烯片层间生长均匀,粒径在10nm左右。电化学测试结果显示:在0.5 mol·L~(-1)的Na_2SO_4溶液中,电流密度1A·g~(-1),当摩尔比MnO∶CeO_2=4∶1,复合负载量在80%时得到的CeO_2-MnO/3D G复合材料拥有最高比电容,达308.5F·g~(-1),经过1 000次循环充放电测试比电容保持率为95.5%。CeO_2-MnO/3DG复合材料电化学性能的提高主要是因为两种金属氧化物复合负载与石墨烯的协同作用。     

碳基柔性电阻式应变传感器的研究进展

碳基柔性电阻式应变传感器凭借其结构简单、设计灵活、潜在可量产化和综合传感性能优异等特点，在可穿戴柔性电子领域获得了广泛应用。根据不同碳基柔性电阻式应变传感器的应用现状，介绍了炭黑基、碳纳米管基和石墨烯基三种柔性电阻式应变传感器的制备、性能及应用研究。针对碳纳米管基和石墨烯基柔性电阻式应变传感器，按照碳纳米材料宏观结构的组装形式进行了分类(一维纤维或纱线、二维薄膜或织物和三维块体)综述。     

还原热处理对石墨烯薄膜导电性的影响

用改进的Hummers法制备了氧化石墨,通过超声、沉聚和自组装等工序制得氧化石墨烯薄膜,真空热处理后获得石墨烯薄膜.利用X射线晶体衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外(FT-IR)和拉曼(Raman)光谱等研究了石墨烯薄膜制备过程中各阶段产物的微观特征变化.结果表明,自组装方法制备氧化石墨烯薄膜简单易行,厚度尺寸可控,微观层状结构良好.热处理使石墨烯薄膜具有导电性,随温度升高导电率不断提高,在1 100℃时可达到536 S/cm.     

石墨烯基复合材料的三维组装与应用研究进展

三维石墨烯结构体不仅继承了二维石墨烯片完美的碳晶体结构,还展现出超低的密度、极高的孔隙率和较大的比表面积等特点,具有导电、导热、吸附等优异性能,是近年来石墨烯功能材料中的一颗新星。目前,石墨烯与聚合物、无机纳米材料组装成三维结构复合材料的研究已经取得了实质性进展,研究者通过丰富的化学和物理路径实现了石墨烯与功能组分的三维有序组装,并赋予该材料奇特的结构特点和性能优势。这些特性使材料在能量储存、环境保护、传感器等研究领域表现出不错的应用前景。根据当前研究热点,综述了石墨烯基复合材料的三维组装与应用的研究进展,包括三维石墨烯/聚合物复合材料与三维石墨烯/无机纳米复合材料两种体系。重点总结了两种体系的三维组装方法,并分析了复合材料中石墨烯与功能组分的结构特点,简要概括了当前三维石墨烯基复合材料在环境保护、超级电容器等不同领域的应用进展,并对三维石墨烯基复合材料的三维结构设计与多样化应用进行了展望。     

三维多金属氧酸盐/石墨烯气凝胶作为高效可回收的油水分离吸收剂

三维石墨烯气凝胶具有可调控的孔结构、大的比表面积、优异的压缩性、弹性和润湿性,是一种高效的油水分离吸附剂.然而,三维石墨烯气凝胶的制备方法通常包括高温过程,导致高成本、能耗高和耗时长.本文以磷钼酸为交联剂和促进剂,水合肼为还原剂,在室温条件下同时将氧化石墨烯还原与自组装,制备出三维多孔的多金属氧酸盐复合石墨烯气凝胶(P...     

三维泡沫石墨烯在电池领域的研究现状

三维泡沫石墨烯具有优异的物理、化学和电学性能,已成为电池研究领域的国际前沿和热点之一。介绍了石墨烯的基本特性和制备方法,综述了以化学气相沉积方法制备的高质量的、大比表面积的三维泡沫石墨烯在锂离子电池、燃料电池和太阳能电池等储能领域的最新研究进展。     

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。     

石墨烯的化学气相沉积法制备

化学气相沉积(CVD)法是近年来发展起来的制备石墨烯的新方法,具有产物质量高、生长面积大等优点,逐渐成为制备高质量石墨烯的主要方法.通过简要分析石墨烯的几种主要制备方法(胶带剥离法、化学剥离法、SiC外延生长法和CVD方法)的原理和特点,重点从结构控制、质量提高以及大面积生长等方面评述了CVD法制备石墨烯及其转移技术的研究进展,并展望了未来CVD法制备石墨烯的可能发展方向,如大面积单晶石墨烯、石墨烯带和石墨烯宏观体的制备与无损转移等.     

石墨烯的制备研究进展

近年来, 石墨烯以其独特的结构和优异的性能, 在化学、物理和材料学界引起了广泛的研究兴趣. 人们已经在石墨烯的制备方面取得了积极的进展, 为石墨烯的基础研究和应用开发提供了原料保障. 本文大量引用近三年最新参考文献, 综述了石墨烯的制备方法: 物理方法(微机械剥离法、液相或气相直接剥离法)与化学法(化学气相沉积法、晶体外延生长法、氧化?还原法), 并详细介绍了石墨烯的各种修饰方法. 分析比较了各种方法的优缺点, 指出了石墨烯制备方法的发展趋势.     

三维(3D)石墨烯-聚苯胺复合材料在超级电容器中的研究进展

聚苯胺(PANI)具有高导电率、高比电容、快速的掺杂-脱掺杂能力和原料经济易得等特性,但是作为电极材料进行循环充放电时易发生材料的形变,循环稳定性差。三维(3D)石墨烯具有比表面积大、电子迁移速率高、透光性和柔韧性好、机械性能稳定等特点。将两者进行三维结构设计以提高复合材料的电化学性能是目前研究的热点。介绍了3D石墨烯材料的制备方法,并综述了3D石墨烯-聚苯胺复合材料的制备方法及在超级电容器电极材料中的应用现状,对其存在的问题和未来发展方向进行了展望。     

石墨烯的制备、表征与特性研究进展

石墨烯是最近几年才发现的碳材料的新成员,其完美的二维结构和许多奇特的性质,引起了科学家的极大兴趣。石墨烯的基础研究和应用研究成为当前前沿研究热点之一。引用近3年的国内外参考文献对石墨烯的制备方法(氧化还原法和化学气相沉积法)、转移方法(衬底腐蚀法)、表征方法(拉曼光谱、扫描电子显微镜和X射线衍射)、应用研究等进行了详尽的综述,并介绍了石墨烯研究中所遇到的难题。最后,对石墨烯在其他领域的应用进行了展望,指出了石墨烯未来的研究方向。     

自组装液晶性石墨烯功能材料的研究进展

目的分析液晶性石墨烯功能材料的研究现状及在电子器件中的应用前景。方法分别从热致液晶性石墨烯和溶致液晶性石墨烯材料的制备、表征和自组装特性等方面对目前的功能性石墨烯材料进行综述,并系统分析石墨烯的自组装性能对其在电子器件中电学性能的影响。结果石墨烯的结构对其电学性能有着重要的影响,自组装技术实现了石墨烯的高度有序性,提升了石墨烯的电学性能。结论自组装液晶性石墨烯材料能够实现高性能的电子器件的制备,有助于石墨烯在电子器件中的广泛应用。     

三维石墨烯/环氧树脂复合材料导热特性研究

三维石墨烯具有高孔隙率、高热导率和良好的热稳定性等优点。提出利用三维石墨烯形成的连续"导热链"填充环氧树脂从而改善环氧树脂传热性能的方法,通过化学氧化还原法制备了三维石墨烯,进而采用浇注法制备三维石墨烯/环氧树脂复合材料。实验测试了导热性能、比热容和玻璃化转变温度等热物性参数。结果表明:三维石墨烯可大幅度提髙环氧树脂的导热性能。在三维石墨烯的质量分数为3%时,环氧树脂的热导率提高近7倍。研究结果为三维石墨烯在导热复合材料领域的应用提供了实验依据。     

石墨烯纳米复合多层薄膜的制备及应用

层层自组装技术制备的石墨烯纳米复合多层薄膜不仅拥有石墨烯优异的摩擦学、电学、热力学性能,且可基于协同效应产生新的特定功能如光催化活性、超润滑特性、抗菌活性等。根据多层复合薄膜的组装实质,从共价键和非共价键组装角度对石墨烯纳米复合多层薄膜的制备方法进行了综述,介绍了石墨烯复合薄膜在生物医学、电子器件、传感器等领域的应用,并对石墨烯复合薄膜的发展进行了总结和展望。