石墨烯的制备及其在锂离子二次电池中的应用研究进展

石墨烯是一种独特的二维纳米材料,具有许多特殊的物理化学性质,吸引了众多领域研究者的关注,已成为当今的研究热点之一。介绍了到目前为止石墨烯的主要制备方法及其优缺点,综述了石墨烯在磷酸亚铁锂电池、锂/硫电池、锂/硅电池中的应用,对石墨烯的未来发展前景做了展望。     

石墨烯在锂硫电池中的应用

锂硫电池具有很高的能量密度[2 600(W·h)/kg],其正极材料硫具有储藏丰富、对环境友好等优点,因此锂硫电池成为下一代二次电池的研发重点。然而,硫的高绝缘性、反应过程中体积的变化以及中间产物多硫离子溶解等难题,使其目前很难实现商品化。石墨烯具有超高的导电性和优异的力学性能,其与硫制成的复合材料作为电池正极材料可以有效地解决上述问题。从石墨烯–硫复合材料、石墨烯–碳–硫复合材料、石墨烯–聚合物–硫复合材料、石墨烯–氧化物–硫复合材料等方面出发,总结了石墨烯在锂硫电池中作为正极材料的最新进展,并且提出了未来石墨烯在锂硫电池中应用的研究主要在探索石墨烯简捷的制备方法、研究石墨烯新的应用方式、开发多种材料复合等方面。     

锂离子二次电池电解质四氟硼酸锂制备技术研究进展

四氟硼酸锂由于具有较好的热稳定性,因而在锂离子二次电池电解液中的使用比例越来越大。介绍了国内外锂离子二次电池电解质四氟硼酸锂的制备技术研究进展,包括4种制备方法,即气-固反应法、水溶液法、混合溶剂法、氟化氢溶液反应法。总结了各种制备方法的优缺点,并且展望了四氟硼酸锂的发展方向。指出制备高纯度的四氟硼酸锂将是未来的研究重点之一,同时四氟硼酸锂在离子液体中的使用,以及和其他新型锂盐特别是含氟磺酰锂盐的配合使用都将是今后的研究重点。     

石墨烯气凝胶的应用研究进展

石墨烯气凝胶是由石墨烯片自组装成的三维多孔材料,具有孔隙率高、弹性好、密度低和良好的导电性、隔热性等特点,在众多领域都有巨大的应用潜能。本文对目前石墨烯气凝胶的制备工艺、可控制备进行了概述,简要概括了目前石墨烯气凝胶及其复合材料在吸附、电磁屏蔽、催化剂载体、传感器方面的应用进展。     

计算机模拟在不同类型离子电池电极材料中的研究进展

高能量密度储能装置的锂硫电池和钠离子电池等新型电池体系正在迅速发展。简要概述了锂离子电池、锂硫电池和钠离子电池的正负极材料,着重就第一性原理、分子动力学、蒙特卡罗及有限元方法在电极材料中的研究进展,以及在材料的晶体结构、电子结构、离子的输运过程、材料中的温度和应力分布以及掺杂改性等方面的应用进行了综述,对计算模拟技术在电极材料中的应用前景进行了展望。这些理论研究成果将有助于加深对材料和电池性能之间关系的理解,并对新电池体系材料的设计和研发具有理论指导意义。     

石墨烯气凝胶的制备与应用研究进展

石墨烯气凝胶(GA)是由二维石墨烯构建形成的、具有互联多孔网络结构的三维宏观体材料,在能量存储、环保、催化和抗电磁干扰等领域具有广阔的应用前景。GA的性能和结构因制备方法不同差异较大,综述了原位组装、模板法、化学交联和3D打印技术制备GA的特点和研究现状,总结了其在不同领域的应用前景。进一步提高GA的性能、实现GA材料的可控设计、降低制备成本、开发出易于大规模操作的制备方法仍是一个重要研究方向。     

锂离子二次电池充电方法的研究进展

在缩短充电时间的同时保证电池的使用寿命和循环性能一直是锂离子二次电池充电方法研究的热点和重点。文章对近年来在锂电池充电方法方面的研究进展进行了综合评述,分析了不同的充电方法及其对电池使用寿命和循环性能的影响,并提出了今后的研究方向。     

石墨烯气凝胶复合材料制备及吸附性能的研究进展

石墨烯气凝胶(GA)拥有以石墨烯为主体的多孔互联三维海绵状网络结构。作为一种新兴的纳米多孔材料,因其具有高疏水性、高比表面积、高孔隙率以及良好的化学稳定性,在吸附领域具有巨大的应用前景。结合相关研究,重点介绍了石墨烯、纤维素/石墨烯、碳纳米管/石墨烯、氮掺杂/石墨烯、金属氧化物/石墨烯等几种体系的气凝胶材料的制备方法,并对其吸附性能的研究进展进行了阐述。     

石墨烯气凝胶的研究进展

石墨烯气凝胶具有低密度、高比表面积、大孔体积、高电导率、良好的热稳定性及结构可控等独特优点,使其在吸附、催化、储能、电化学等领域有着极其广泛的应用前景.着重介绍了间苯二酚和甲醛为黏接剂,以及通过水热法制备石墨烯气凝胶的方法、特性以及研究现状,总结了其在不同领域的应用前景.     

石墨烯的制备及其应用研究进展

石墨烯具有独特的二维原子晶体结构以及众多优异性能,如高机械强度、高载流子迁移率、高光学透明性等,这些优异的力学、电学和光学等特性使得石墨烯成为化学、物理学和材料学等领域的研究热点。结合近几年国内外研究现状,综述了机械剥离法、化学剥离法和化学气相沉积法等3种制备石墨烯的方法,并分析了各种方法的优点和不足之处。介绍了石墨烯的应用研究进展,并对其未来的发展进行了展望。     

石墨烯气凝胶的水热法制备及表征

以石墨为原料,高锰酸钾为氧化剂,通过超声制备具有不同片径的氧化石墨烯,采用一步水热还原制备石墨烯水凝胶,将石墨烯水凝胶进行冷冻干燥制备石墨烯气凝胶。分别采用X-射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜、透射电镜对石墨烯气凝胶的结构、形貌进行了表征。结果表明,通过水热法还原氧化石墨烯可得到具有丰富多孔结构的石墨烯气凝胶。     

石墨烯气凝胶的水热法制备及表征

以石墨为原料,高锰酸钾为氧化剂,通过超声制备具有不同片径的氧化石墨烯,采用一步水热还原制备石墨烯水凝胶,将石墨烯水凝胶进行冷冻干燥制备石墨烯气凝胶。分别采用X-射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜、透射电镜对石墨烯气凝胶的结构、形貌进行了表征。结果表明,通过水热法还原氧化石墨烯可得到具有丰富多孔结构的石墨烯气凝胶。     

磁性石墨烯复合材料制备与应用研究进展

石墨烯具备多种优异的性能,但容易通过π-π堆积和范德华力作用产生聚集,重新堆叠成石墨。为了改善石墨烯的堆叠问题,提高石墨烯材料的应用性,越来越多的研究者将石墨烯及其衍生物和磁性纳米粒子复合,制备综合性能更优的新型材料。本文结合近年来国内外研究报道,总结了磁性石墨烯纳米复合材料的制备方法（水热/溶剂热、化学接枝法、微波辅助法等）,概述了磁性石墨烯复合材料在环境样品分离富集、催化、涂层耐腐蚀性、吸波材料及能源等方面的应用,指出了目前磁性石墨烯复合材料研究中存在的一些问题,例如磁性颗粒容易发生团聚、生物安全性有待验证、氧化石墨烯的还原导致其表面吸附位点减少等。目前（氧化）石墨烯的制备工艺正在得到改善,而未来最重要的发展方向是加强对磁性石墨烯的表面改性,从而可使其表面具有更丰富的吸附位点,同时也可使石墨烯表面的磁性纳米粒子的形态及分布更均匀,更有利于稳定发挥磁性石墨烯的功能性。     

Three dimensional graphene aerogels and their electrically conductive composites

Three dimensional (3D) graphene aerogel was prepared by in situ reduction-assembly method. Paraphenylene diamine (PPD) was used as reducing and functionalizing agent of graphene oxide in an aqueous medium with ammonia. The synthesized 3D graphene-PPD aerogel has highly porous structure, low density, high electrical conductivity and good mechanical properties. Further, epoxy/aerogel composites were prepared by vacuum-assisted impregnation process, which exhibited good electrical conductivity and compressive properties.     

Enhanced electrochemical performance of ion-beam-treated 3D graphene aerogels for lithium ion batteries

High energy light-ion (3.8 MeV He) bombardment is used to introduce lattice defects in a 3-dimensional (3D) interconnected network of graphene aerogels (GAs). When these materials are used as anodes for lithium ion batteries, we observe improved percentage reversible capacity and cycle stability compared to those without ion-beam treatment. Furthermore, all ion-beam treated 3D graphene samples exhibit substantially higher Coulombic efficiencies, suggesting at beneficial role of vacancy-type defects in stabilizing solid-electrolyte interphases. Although 3D graphene exhibits initial reversible capacities that are 2–3 times higher than that of graphite (∼372 mAh/g), fast capacity fading is observed but becomes more stable after ion-beam treatment. Our experimental results demonstrate that ion-beam treatment is an effective route to tune and produce good-performance graphene electrodes, and that vacancy-type defects help to promote reversible lithium storage capacity in graphene. We further observe that 3D GAs irradiated to the highest dose studied (10¹⁶ cm⁻²) fail rapidly upon electrochemical cycling, likely caused by the excessive ion-beam damage and graphene restacking. Raman I(D)/I(D′) signature is considered linked to defect type in graphene and thus is proposed, for the first time, as an indicator of the reversible capacity for GAs.     

软模板法石墨烯气凝胶的可控制备及其吸油性能

以环己烷为油相,氧化石墨烯（GO）为稳定剂,采用Pickering乳液法制备石墨烯气凝胶,利用电子显微镜对Pickering乳液进行表征,利用扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）、X射线衍射（XRD）对制得的石墨烯气凝胶进行表征。对比Pickering乳液的液滴大小与气凝胶的孔径大小可知,通过软模板法实现了对气凝胶的孔径控制,通过控制均质机的转速来调控气凝胶的孔径大小,当均质机转速分别为10000r/min、12000r/min和15000r/min时,所得石墨烯气凝胶的孔径分别为45μm、35μm和30μm左右,通过调节油水比实现了气凝胶的密度与孔隙率的控制,油水比越大,所得气凝胶的密度越小,孔隙率越大,通过延长还原时间可增强石墨烯气凝胶的机械性能。将所得气凝胶用于油品的吸附,可快速吸附水上浮油及水底重油,而且几乎不吸附水;对同一油品而言,气凝胶的吸附能力与其制备时的油水比呈正相关,采用挤压的方式实现石墨烯气凝胶的循环利用,经过10次循环再生后气凝胶的吸附能力仅有15%的损失。     

石墨烯/导电聚合物复合防腐蚀材料制备及应用研究进展

石墨烯/导电聚合物复合材料不仅具有石墨烯优异的屏蔽性能和导电聚合物良好的氧化还原特性,还能协同发挥二者的功能,在金属防腐蚀领域有着巨大的应用潜力。本文综述了石墨烯/导电聚合物复合防腐蚀材料的制备方法,包括电化学方法、化学氧化法、分散液混合法和化学气相沉积法（CVD）;并全面总结了石墨烯/导电聚合物复合材料在防腐蚀涂层中的应用及性能。制备的石墨烯/导电聚合物复合材料可以通过电化学方法、溶剂挥发法制成石墨烯/导电聚合物防腐蚀薄膜涂层,还可以混入成膜物树脂中制备树脂复合防护涂层。讨论了石墨烯/导电聚合物在制备过程、薄膜涂层和树脂复合涂层应用中的优势与不足,提出了构建结构可控、综合性能好的复合防腐涂层是石墨烯/导电聚合物复合防腐蚀材料的未来主要发展趋势。