对苯二酚增强纤维素/石墨烯电极的制备

目的 以纳米纤维素气凝胶为骨架,对苯二酚为增强相,并加入还原氧化石墨烯,制备纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合电极薄膜,将其应用于超级电容器。方法 采用超声处理制备纳米纤维素/氧化石墨烯混合溶液;在高温高压的环境下,加入对苯二酚,采用水热合成法和冷冻干燥法制备纳米纤维素/还原氧化石墨烯气凝胶,并最终制成电极膜。结果 在纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合气凝胶中,石墨烯可将纳米纤维素均匀包裹,形成三维多孔网络结构;纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合电极具有良好的电化学性能,在1 mol/L的H2SO4溶液中,当电流扫描速率为1 mA/cm2时,超级电容器比面积电容高达1.621 F/cm2,且在2000次循环测试后,电容保留率为88.3％。结论 以纳米纤维素为基体制备的纳米纤维素/还原氧化石墨复合电极具有良好的电化学性能,可以用作超级电容器电极。     

温和条件可控制备三维还原氧化石墨烯凝胶及其性能

为了实现石墨烯类三维气凝胶在温和环境条件下的大面积可控制备和高性能化,本文应用水合肼作为还原剂,通过低温预冷冻结合室温自然干燥,实现了室温还原自组装法可控制备直径30 cm的大面积三维还原氧化石墨烯(3D-RGO)气凝胶。该方法制备条件温和,不需任何加热条件和特殊冷冻干燥设备。通过对气凝胶制备过程中还原时间、预冷冻时间、预冷冻温度和反应容器进行控制,可以有效调节气凝胶的形状、表面浸润性、体积收缩率等,实现3D-RGO气凝胶的可控制备。该气凝胶不会出现明显的体积收缩和结构破裂,为具有约500μm的稳定孔径和3.8 mg/cm³的低密度的蜂窝状结构,并能够从90%的压缩应变下快速地恢复到初始状态,其干燥过程体积收缩率<5%;同时该石墨烯气凝胶展现良好稳定的导电性,在压缩应变从0%增加到90%时,其导电率从17.3 S/m增加至115.2 S/m。这种方法经济高效且易于制备出大面积的3D-RGO。     

石墨烯-纳米SiO_2气凝胶对巴豆醛的吸附性研究

为探索新型吸附材料,通过修正Hummers氧化法制备氧化石墨烯,利用葡萄糖作还原剂还原氧化石墨烯,同时作交联剂连接石墨烯纳米片层,再加入SiO_2纳米粉体以构筑具有三维多孔结构的石墨烯-纳米SiO_2气凝胶。通过扫描电子显微镜和全自动比表面分析仪,对石墨烯-纳米SiO_2气凝胶的表面形貌及微观结构进行观察和表征,采用自制吸附测试装置研究其对巴豆醛挥发性有机化合物吸附特征。结果表明,石墨烯-纳米SiO_2气凝胶呈三维多孔结构,为吸附提供较大的比表面,复合气凝胶中SiO_2纳米粉体最佳的添加量为58.8%,其对巴豆醛最大吸附值为127.1 mg/g。     

氧化石墨烯纳米带/TPU复合材料薄膜制备及性能表征

采用氧化法将碳纳米管纵向切割成氧化石墨烯纳米带,利用溶液成形在涂膜机上制备氧化石墨烯纳米带/TPU复合材料薄膜。FT-IR、拉曼光谱、XRD、FE-SEM、TEM等测试表明,碳纳米管成功地被纵向切割成带状结构的氧化石墨烯纳米带。力学测试表明,当氧化石墨烯纳米带用量为2%(质量分数)时,复合材料薄膜弹性模量与拉伸强度相比TPU薄膜提高了160%与123%。氧气透过率测试表明当氧化石墨烯纳米带用量为2%(质量分数)时,复合材料薄膜氧气透过率降低77%,阻隔性能明显提高。     

还原氧化石墨烯/MnO_2气凝胶对甲醛的去除

为制备新型高效去除甲醛材料,采用水热法制备了还原氧化石墨烯(RGO)/MnO_2气凝胶,通过SEM、TEM、TGA、XPS和BET对RGO/MnO_2气凝胶的形态结构及性能进行了表征,并研究了RGO/MnO_2气凝胶对甲醛的去除能力。结果表明:在RGO/MnO_2气凝胶的前驱体中,氧化石墨烯(GO)为单层二维纳米材料;MnO_2气凝胶由MnO_2纳米线组成,MnO_2纳米线的直径在40nm左右,长度达5μm以上,且属于隐钾锰矿型结构。RGO/MnO_2气凝胶是一种由片状材料组成的具有三维多孔结构的材料,该片状材料是由均匀分布的RGO纳米片和MnO_2纳米线组成的,RGO将MnO_2纳米线隔开,起到隔板的作用,使MnO_2纳米线在RGO中均匀分布。RGO/MnO_2气凝胶在100℃以下具有良好的热学稳定性。RGO/MnO_2气凝胶对低浓度甲醛具有较好的去除能力,去除率为62.5%,与MnO_2气凝胶相比,相同条件下RGO/MnO_2气凝胶对甲醛的去除率提高了30.0%,证实RGO有助于提高MnO_2对甲醛的去除能力。     

三维木头海绵-石墨烯/环氧树脂复合材料的制备及性能

采用天然巴沙木作为原材料，进行选择性刻蚀，得到三维层状结构的木头海绵。以木头海绵为模板，在负载一定比例的还原氧化石墨烯(rGO)与石墨烯纳米片(GNP)后，通过真空浸渍的方法与环氧树脂复合并固化，制备得到石墨烯-木头海绵(G-WS)/环氧树脂复合材料。结果表明：采用真空浸渍的方法，能够成功使氧化石墨烯(GO)在水热还原的同时，带动GNP负载到木头海绵表面，同时GO被还原成为rGO,经过与环氧树脂复合后，在环氧树脂内部，G-WS仍然保持良好的三维结构，这种取向分层结构使复合材料具有导热的各向异性，三维连通的结构也为良好的热导率奠定了基础。当填料质量分数为1.45%时，沿取向结构方向的热导率能够达到1.59 W·m^-1·K^-1,相比于纯环氧树脂而言，热导率提升率高达457%。同时由于木头海绵内部层状的结构，赋予了G-WS良好的压缩回弹性能，能够实现80%压缩以及40%形变压缩，循环100次但不发生明显形变。     

Nafion改性多级孔径石墨烯气凝胶制备与性能研究（英文）

通过溶胶–凝胶法制备了孔径小于1μm的多级孔径新型石墨烯气凝胶。制备过程中,首先通过Nafion对氧化石墨烯(GO)表面进行化学修饰,并利用乙二胺还原制备石墨烯水凝胶,最终通过冷冻干燥形成石墨烯气凝胶。实验发现Nafion可以有效减少制备过程中氧化石墨烯的团聚,使石墨烯气凝胶形成多级孔径形貌。所得石墨烯气凝胶的孔径可控制在1μm以内,远小于传统石墨烯气凝胶材料的孔径(20~100μm)。这种具有独特结构的石墨烯气凝胶表现出优异的性能,例如高比表面积,高孔隙率,其电化学电容性能相对传统气凝胶提高了约40%。     

石墨烯负载纳米镍磁性材料的制备及性能测试

用Hummers法制备了氧化石墨烯,将其在氯化镍溶液中分散均匀,采用水合肼还原氧化石墨烯和镍离子,制备出石墨烯负载纳米镍磁性复合材料。采用FTIR、XRD、SEM、Raman和VSM观察分析了氧化、还原过程中样品的结构演变及静态磁性能,结果表明,氧化石墨烯表面含有大量氧化基团,其晶间距较鳞片石墨大,并呈现出非晶特征。还原后纳米镍颗粒分布在石墨烯表面和层间,当镍添加量从10%(w)增加至50%时,复合材料的饱和磁化强度从0升高至50 emu/g,矫顽力从25 Oe升高至205 Oe。     

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...     

Nafion改性多级孔径石墨烯气凝胶制备与性能研究

通过溶胶-凝胶法制备了孔径小于1 μm的多级孔径新型石墨烯气凝胶。制备过程中, 首先通过Nafion对氧化石墨烯(GO)表面进行化学修饰, 并利用乙二胺还原制备石墨烯水凝胶, 最终通过冷冻干燥形成石墨烯气凝胶。实验发现Nafion可以有效减少制备过程中氧化石墨烯的团聚, 使石墨烯气凝胶形成多级孔径形貌。所得石墨烯气凝胶的孔径可控制在1 μm以内, 远小于传统石墨烯气凝胶材料的孔径(20~100 μm)。这种具有独特结构的石墨烯气凝胶表现出优异的性能, 例如高比表面积, 高孔隙率, 其电化学电容性能相对传统气凝胶提高了约40%。     

三维结构石墨烯气凝胶/环氧树脂复合材料的制备和电磁屏蔽性能

以三维结构的石墨烯气凝胶为填料,通过真空浸渍的方法,将环氧树脂浸入并固化,制备石墨烯气凝胶/环氧树脂复合材料.利用FT-IR,XPS和XRD等测试手段,研究制备过程和炭化处理中石墨烯气凝胶的化学结构变化.实验结果表明:氧化石墨烯和聚酰胺酸,通过物理吸附的方式,形成石墨烯气凝胶.300℃热处理使得聚酰胺酸亚胺化成聚酰亚胺,氧化石墨烯得到部分还原.随着炭化温度的提高,石墨烯气凝胶中的石墨烯片层还原程度越高,聚酰亚胺炭化程度越高.与此同时,扫描电镜和光学显微镜结果表明,炭化处理和真空浸渍后,石墨烯气凝胶仍然可以保持良好的三维网络结构.在此基础上,石墨烯气凝胶作为导电填料,利用其三维网络结构,使得对应的复合材料具有良好的导电性能和电磁屏蔽性能.在石墨烯气凝胶含量仅为6.23％(质量分数)时,复合材料的电导率就可以达到252 S·m-1,电磁屏蔽效能高达75 dB.     

冰模板法制备纳米纤维素气凝胶及其性能研究

近年来，由于资源、能源和环境问题的不断加剧，低碳环保材料的开发成为研究热点。纳米纤维素气凝胶不仅具有传统气凝胶的优点，还兼具了纤维素来源广、可再生、可降解、良好的生物相容性，在保温隔热领域表现出广阔的应用前景。为了提高纳米纤维素气凝胶的力学性能和保温性能，设计了一种径向具有温度梯度的模具，采用冰模板法制备了一种具有各向异性结构的纳米纤维素气凝胶，并对比分析了冷冻方法对气凝胶结构、密度、孔隙率、收缩率、保温隔热性能的影响。结果表明：采用冰模板法制备的气凝胶在结构、力学性能和保温隔热性能上，均优于冰箱冷冻法和液氮冷冻法制备的气凝胶，是一种实现气凝胶结构调控，改善气凝胶结构与性能的有效方法。     

功能氧化石墨烯纳米带/热塑性聚氨酯复合材料薄膜的制备及阻隔性能

以氧化解压多壁碳纳米管的方法制备了氧化石墨烯纳米带(GONRs),然后用异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)对GONRs化学修饰得到功能氧化石墨烯纳米带。采用溶液成形的方法在涂膜机上制备了功能氧化石墨烯纳米带(IPGONRs)/热塑性聚氨酯(TPU)复合材料薄膜,研究了IP-GONRs对TPU薄膜阻隔性能的影响。扫描电镜和X射线衍射的数据表明,IP-GONRs完全剥离地均匀分散在TPU基体中,并且基本沿着纳米复合材料薄膜表面平行分布。仅添加3.0%(质量分数,下同)的IP-GONRs时,TPU薄膜的氧气透过率便下降67%,因此获得了具有优异阻隔性能的IPGONRs/TPU纳米复合材料薄膜。这种具有优异阻隔性能的复合材料薄膜在食品包装和轻量气体存储容器方面有潜在的应用。     

纤维素纳米纤丝-还原氧化石墨烯/聚苯胺气凝胶柔性电极复合材料的制备与性能

利用高长径比的纤维素纳米纤丝（CNF）与片层结构的氧化石墨烯（GO）形成的CNF-GO复合水凝胶经抗坏血酸还原制备出CNF-还原氧化石墨烯（rGO）复合水凝胶材料。通过冷冻干燥法得到CNF-rGO复合气凝胶,并进一步通过苯胺单体在CNF-rGO复合气凝胶的孔道内原位聚合制备出CNF-rGO/聚苯胺（PANI）气凝胶柔性电极复合材料。研究了不同苯胺、CNF和GO的质量比对CNF-rGO/PANI气凝胶柔性电极复合材料的结构形貌和电化学性能的影响。结果表明,苯胺原位聚合后所得CNF-rGO/PANI复合气凝胶仍具有紧密的三维多孔网络结构。与rGO/PANI气凝胶电极复合材料相比,CNF-rGO/PANI气凝胶电极复合材料具有更理想的电容行为。当CNF与GO质量比为60∶40,PANI添加量为0.1 mol时,CNF-rGO/PANI气凝胶电极复合材料比电容可达85.9 Fg-1,且其电化学性能几乎不受弯曲程度的影响,展现出了良好的柔韧性和电化学性能。      

氧化石墨烯/纳米纤维素复合薄膜的制备及表征

目的以纳米纤维素为基材,氧化石墨烯为增强相,制备氧化石墨烯/纳米纤维素复合薄膜。方法分别采用酸碱直接处理法和酸碱交替处理法制备纳米纤维素,采用一步氧化法和循环氧化膨胀法制备氧化石墨烯,观测其形貌,得出最佳制备工艺。测试由最优工艺制备的纯纤维素薄膜和复合薄膜的拉伸和润湿性能。结果酸碱交替处理法制备的纳米纤维素薄膜表面结构清晰,且纤维直径可达50 nm,循环氧化-膨胀法制备的氧化石墨烯片层厚度在纳米级别。当纳米纤维素与氧化石墨烯的质量比为20∶1时,氧化石墨烯/纳米纤维素复合薄膜的拉伸强度达149.68MPa,与纯纤维素薄膜相比增加了19.55%,且复合薄膜的接触角大于纯纤维素薄膜的。结论证实了氧化石墨烯能够增强纳米纤维素薄膜,在一定程度上说明氧化石墨烯/纤维素复合薄膜对水分子的阻隔性优于纤维素薄膜。     

具有自适应机械弹性的纳米纤维互锁多孔石墨烯复合气凝胶用于高度可逆的无枝晶锂金属负极（英文）

具有最高理论容量的锂金属被认为是下一代高能量密度电池中最有前景的负极,但长循环过程中的锂枝晶生长和负极的体积膨胀阻碍着其实际应用.尽管已有研究使用石墨烯气凝胶等三维主体用于容纳锂金属,但单一的石墨烯气凝胶难以承受充放电过程中负极的大体积变化.因此,本文制备了具有自适应机械弹性的聚酰亚胺纳米纤维互锁多孔石墨烯复合气凝胶(PI-HGCA),将其作为复合主体结构用于容纳锂金属.具有面内纳米孔的多孔石墨烯纳米片可以有效地调节锂离子通量并提供高度定向的离子转移路径.此外,三维复合气凝胶主体由水平排列的多孔石墨烯片层和互锁的聚酰亚胺纳米纤维构成,其在长期循环过程中对负极的体积变化表现出高度可逆的自适应压缩弹性.预锂化的PI-HGCA负极在对称电池中显示出极低的过电势(46 mV),并具有1300次的长循环寿命;其与LiFePO₄正极所组装而成的全电池在1 C下经过800次循环后仍然显示出81.2%的超高容量保持率,表明该互锁气凝胶复合结构在高能量密度锂金属电池中具有巨大应用潜力.     

聚苯胺复合石墨烯纳米卷的制备及其在超级电容器中的应用（英文）

石墨烯纳米卷是一种具有开放式螺旋状纳米卷结构的管状石墨烯。以石墨烯纳米卷为模板,利用原位聚合的方法,将聚苯胺生长在石墨烯纳米卷表面。通过对材料形貌进行表征,发现聚苯胺均匀地分布在石墨烯纳米卷表面。分别对3种不同单体浓度的聚苯胺复合石墨烯纳米卷进行电化学性能考察,结果发现石墨烯纳米卷和聚苯胺产生的协同效应使得复合卷在继承石墨烯纳米卷良好的倍率特性同时显著地提升了比电容,在1 A/g时比电容可达320 F/g,100A/g时仍可以保持92.1%的初始电容,为制备高比容、快速充放电的石墨烯纳米卷基超级电容器奠定了基础。     

石墨烯和硅丙乳液复合材料的制备及性能

采用化学氧化还原法和超声分散制备出石墨烯(GN),采用X射线衍射仪、红外光谱和原子力显微镜对所得石墨烯进行了分析和表征。结果表明,氧化石墨烯被较好地还原为石墨烯并且成功分散为纳米级厚度;采用溶液超声共混法制备石墨烯/硅丙乳液复合材料。对复合材料成膜进行扫描电镜表征、热重分析、导电渗流测试、力学性能以及耐水、耐腐蚀性测试,发现复合材料具有较低的渗滤阈值(质量分数0.5%),石墨烯用量大于0.9%时,体积电阻率基本稳定在103Ω·cm以下,导电性有了明显提高;石墨烯的用量为0.7%时,与硅丙乳液相比,复合材料拉伸强度提高了15.5%,断裂伸长率下降了3.6%,耐水性提高了14%,失重5%时的热分解温度提高了43℃,耐腐蚀性能也得到了极大提高。     

氧化石墨烯/铜基复合材料的微观结构及力学性能

采用球磨和真空热压烧结方法成功制备氧化石墨烯/铜复合材料。利用OM,SEM,XRD,显微硬度计和电子万能试验机等分析球磨后的复合粉形貌,研究氧化石墨烯添加量对复合微观结构及力学性能的影响。结果表明:制备的氧化石墨烯/铜基复合材料组织致密,氧化石墨烯以片状形态较均匀地分布在铜基体中,并与铜基体形成良好的结合界面。氧化石墨烯质量分数为0.5%时,复合材料的综合力学性能较好,显微硬度和室温压缩强度分别为63HV和276MPa,相对于纯铜基体分别提高了8.6%和28%。其强化机理为剪切应力转移强化、位错强化和细晶强化。     

氢卤酸诱导石墨烯气凝胶组装体的制备

以氧化石墨为前驱体,氢卤酸为诱导还原剂,采用化学还原法在温和条件下制备石墨烯气凝胶组装体。利用扫描电镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱及热重等分析手段对石墨烯气凝胶组装体的结构及性质进行表征,以研究氢卤酸的种类及浓度对石墨烯气凝胶的形成、结构及性质的影响。结果表明:相比于HBr和HCl,利用H+与I-的协同作用,HI能够有效的诱导石墨烯气凝胶组装体形成。相对于氧化石墨,所制备的石墨烯气凝胶的热稳定性和导电能力均得到了显著的提高。将石墨烯气凝胶作为超级电容器电极材料,表现出优异的电化学性能。