聚苯胺炭柱撑石墨烯复合材料的制备及其电化学性能的研究

通过真空抽滤诱导自组装及热解还原处理, 制备出具有柱撑结构的聚苯胺炭/石墨烯复合材料(PGR)。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线电子能谱(XPS)和电化学测试等表征技术考察了聚苯胺单体(AN)与氧化石墨烯(GO)质量比对PGR结构和电化学性能的影响。结果表明, 聚苯胺炭均匀分布在石墨烯(GR)片层间形成三维导电网络, 有效地增大了GR的层间距, 且实现了氮掺杂, 显著提高了GR的结构稳定性和电化学性能; AN与GO质量比为1 : 1时制备的样品PGR1在100 mA/g电流密度下的首次脱锂比容量为653 mAh/g, 当电流密度增大至1 A/g时, 仍具有高达343 mAh/g的脱锂比容量, 远高于GR的脱锂比容量(101 mAh/g), 表现出优异的倍率性能。     

自支撑氮掺杂石墨烯纸柔性电极的制备及其储锂性能的研究

以氧化石墨烯(GO)为原料,尿素为氮掺杂剂,采用固/气界面水热反应的方式,即在反应釜内将GO抽滤得到的氧化石墨烯纸(GOP)与尿素分解产生的氨蒸气相互作用,成功制备出自支撑氮掺杂石墨烯纸(NGP)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(RS)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试对样品进行形貌结构及电化学性能的表征。测试结果表明:水热条件下尿素能有效地实现氧化石墨烯纸的氮掺杂,氮掺杂量为7.89%;氮掺杂石墨烯纸在100mA/g和500mA/g的电流密度下,充放电循环100周之后,放电比容量可分别保持在288mAh/g和190mAh/g。采用改进的固/气界面水热反应法制备的氮掺杂石墨烯纸较未掺杂石墨烯纸可逆比容量提高了近2.5倍,具有良好的循环稳定性,可为制备高性能的柔性锂离子电池负极材料提供新方法。     

水热合成的MoS2/石墨烯/N-TiO2复合材料的可见光催化性能

以氧化石墨烯(GO)、钼酸、硫脲和TiN为原料,成功制备了MoS_2/石墨烯/N-TiO_2(MGNT)复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)、X射线光电子能谱(XPS)及紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段测试分析了样品的物相组成、形貌、成分和光吸收性能。紫外-可见漫反射测试结果表明,MoS_2、石墨烯共同修饰及氮掺杂使得TiO_2的吸收带边发生红移,且其可见光吸收性能明显提高。可见光照射下降解亚甲基蓝溶液的实验结果表明,MoS_2/石墨烯共同修饰的氮掺杂TiO_2的光催化降解性能分别是氮掺杂TiO_2(NT)和石墨烯修饰氮掺杂TiO_2(GNT)的1.82倍和1.59倍,其吸附性分别为氮掺杂TiO_2、石墨烯修饰氮掺杂TiO_2的11.14倍和4.77倍。     

液相制备石墨烯/硫复合材料及其在锂硫电池正极中的应用

采用氧化石墨烯(grapheneoxide,GO)作为制备石墨烯的前驱体,通过液相还原自组装过程与硫纳米颗粒进行复合,获得了高性能的还原氧化石墨烯/硫(r GO/S)复合正极材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱分析(XPS)等对材料微观形貌与结构进行表征。结果表明:硫纳米颗粒均匀分布在石墨烯片层间,并且硫纳米颗粒被石墨烯片层有效地封装,硫在35-r GO/S复合物中的质量分数高达83.6%。该35-r GO/S复合正极在0.2C电流密度下初始放电容量可达1197.3mAh·g^-1,经过200次循环后容量仍保持在730mAh·g^-1左右,表现出优异的循环性能。     

基于氧化石墨烯与豆渣的复合碳材料制备及性能表征

以氧化石墨烯(graphene oxide,GO)和豆渣为原料,通过溶剂热反应获得了石墨烯基三维网状复合碳材料,并进一步通过高温焙烧获得导电性良好的复合碳材料。通过场发射电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、元素分析仪、电化学分析仪对复合碳材料的形貌、物相、分子结构、元素组成和电化学性能进行了表征。结果表明,在GO中引入豆渣不仅可以在溶剂热和碳化过程中阻止石墨烯片层的重叠,还可以引入氮元素,该复合碳材料与纯GO或纯豆渣制备得到的碳材料相比表现出了更加优异的电化学性能。其中当GO与豆渣质量比为1∶2时,所得到的复合碳材料在1A/g的电流密度下比电容为201.9F/g,远高于纯石墨烯或纯豆渣所制备得到的碳材料比电容(分别为93和78F/g)。     

苯二胺改性氧化石墨烯膜的制备及其渗透汽化性能

分别采用邻苯二胺(OPD)、间苯二胺(MPD)、对苯二胺(PPD)共价改性氧化石墨烯(GO)片层,采用真空抽滤法制备苯二胺改性GO膜,研究3种不同结构的苯二胺对GO膜结构和性能的影响.研究结果表明,不同结构苯二胺对GO的改性作用不同:OPD的反应活性低,对GO含氧官能团的消耗较少,可有效拓展GO膜的层间距;MPD消耗GO的含氧官能团多于OPD,也对GO膜层间距有较好的增大作用;PPD消耗更多的GO含氧官能团,其对位氨基的高反应活性导致GO片层产生堆积,对膜层间距无明显影响.OPD、MPD和PPD改性GO膜对质量分数90%乙醇/水体系的渗透通量分别为0.55、0.56和0.42 kg/(m~2·h),分离因子分别为90.58、30.78和34.49,证明苯二胺对GO有一定的改性作用.     

固相剪切磨盘碾磨法制备四氧化三铁/氮掺杂石墨烯复合材料及其在锂离子电池中的应用

固相剪切磨盘碾磨法是一种基于全固相反应、不同于传统球磨方法制备微纳米基功能复合材料的新方法。本文以石墨和纳米四氧化三铁为原料,三聚氰胺为氮掺杂剂,采用固相剪切磨盘碾磨法,成功制备了四氧化三铁/氮掺杂石墨烯复合材料(Fe₃O₄/N-G)。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(RM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、比表面积(BET)测试和电化学测试对样品结构、形貌和电化学性能进行表征。测试结果显示:该方法能够在将石墨剥离成少数层石墨烯的同时,实现石墨烯的氮掺杂以及与Fe₃O₄的均匀复合,最终制得Fe₃O₄/N-G复合材料;将该复合材料作为锂离子电池负极材料,表现出优异的循环稳定性,在100 mA·g-1的电流密度下经过100次循环后,Fe₃O₄/N-G可逆比容量保持在869 mAh·g-1,远高于纯Fe₃O₄的78 mAh·g-1。该方法为制备石墨烯基复合电极材料提供了绿色环保、简便易行的新方法。     

可溶性淀粉/三维氮掺杂石墨烯电化学性能研究

采用Hummers法制备氧化石墨烯(GO),再以GO为前驱体,尿素为掺杂剂,通过绿色、经济、简便的水热法制备了氮掺杂石墨烯;采用水热法,以尿素为掺杂剂,并加入可溶性淀粉,制备了三维氮掺杂石墨烯。加入可溶性淀粉后形成的三维结构进一步提高了氮掺杂石墨烯的电化学性能。可溶性淀粉/三维氮掺杂石墨烯复合材料修饰的电极,表面电化学反应迅速,电子转移过程主要受扩散过程控制。在GO/可溶性淀粉(质量比)为2∶1时,制备的可溶性淀粉/三维氮掺杂石墨烯具备良好的电化学稳定性,且电子迁移速率优异。     

氧化石墨烯基复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附研究

以氧化石墨烯(GO)、氧化铈(CeO2)和改性壳聚糖(DCS)为原料,采用溶液共混法合成氧化石墨烯基复合材料(DCG)。研究了DCG对Cr(Ⅵ)的静态吸附性能,考察了DCG用量、Cr(Ⅵ)质量浓度、吸附时间和吸附温度对吸附效果的影响。实验结果表明,DCG质量浓度为2g/L、废水中Cr(Ⅵ)质量浓度为20mg/L、吸附温度为25℃、吸附时间为90min时吸附效果最好。傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜和X射线衍射分析表明,DCG为较厚的片层结构,片层表面附着大量点状物,羟基、羧基和氨基为主要活性吸附位点。复合材料DCG明显改变了GO、CeO2和DCS三者的团聚性和亲水性,充分发挥了各自的吸附性能。     

高真空低温剥离法制备高储氢性能石墨烯

采用Hummers法液相氧化合成了氧化石墨(GO),通过高真空低温热膨胀法制备得到了高比表面积的石墨烯(GNS)材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(RS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等分析手段对石墨烯样品进行了表征。结果表明,石墨烯还原彻底,呈褶皱的片层状结构,缺陷少;BET测试及氢气高压吸附实验结果表明,通过高真空低温热剥离法制备的石墨烯材料比表面积高达908.3m2/g,并且拥有丰富的孔道结构;在温度为25、40和55℃,压力2500kPa条件下,氢气的吸附量分别达到了1.81%、0.995%和0.44%(质量分数),表明了石墨烯在储氢领域拥有着广阔的应用前景。     

水热组装法制备碳纳米管网状支撑氮掺杂多孔碳材料及其储能特性研究

采用水热组装法制备了碳纳米管/氮掺杂多孔碳复合电极材料。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、N2吸附-脱附(BET)和X射线光电子能谱(XPS)表征了复合材料的微观形貌和结构;并采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗谱测试了复合材料的储能特性。结果表明,水热组装法成功地合成了具有高比表面积(1 039m~2/g)的碳纳米管/氮掺杂多孔碳复合材料。并且该复合材料表现出优异的储能特性,在1A/g下,其比电容高达261F/g,远远高于氮掺杂多孔碳(214F/g)和碳纳米管(109F/g)的比电容;在功率密度为10 500 W/kg下其能量密度仍为53.75 Wh/kg。     

不同氮源对掺氮石墨烯的结构和性能的影响

先用改进的Hummers方法冷冻干燥制备氧化石墨(GO),再分别以水合肼、氨水、乙二胺、尿素作为掺氮剂和还原剂用一步水热法合成掺氮石墨烯。使用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、同步热重分析(TGA)、氮气吸脱附分析等手段表征了样品的微观结构和形貌,应用循环伏安、电化学交流阻抗、恒流等充放电技术测试了样品的电化学性能。结果表明:四种掺氮剂皆能有效还原GO,制备出掺氮含量(质量分数)分别为4.99%,6.35%,7.70%和9.18%的石墨烯。氮元素以"pyridinic N"、"pyrrolic N"、"graphitic N"三种形式掺杂到石墨烯的晶格中。由乙二胺和尿素还原制备的掺氮石墨烯比电容可达187.6 F·g~(-1)和191.6 F·g~(-1),电化学性能最高。     

端羟基超支化聚(胺-酯)非共价改性氧化石墨烯

采用改进的Hummer方法制备了氧化石墨烯(GO),并利用端羟基超支化聚(胺-酯)对其非共价功能化。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和热重分析(TG)及紫外可见分光光度等方法对氧化石墨烯表面改性的性能进行了分析。FT-IR,Raman,XRD和TG分析结果表明,超支化聚(胺-酯)分子成功改性了氧化石墨烯;XRD分析表明,随着超支化聚(胺-酯)含量的增加,石墨烯片层层间距增大,这说明超支化分子能够渗透插入到氧化石墨烯片层之间;Raman分析表明,吸附在氧化石墨烯表面的超支化聚(胺-酯)提高了氧化石墨烯表面的无序化程度和石墨烯结构的不完善程度。SEM形貌分析表明超支化聚(胺-酯)大分子覆盖在氧化石墨烯的表面上,且通过对改性前后氧化石墨烯在乙醇和正己烷中透光率的对比,表明改性后的氧化石墨烯分散性能得到了明显提高。     

硫氮共掺杂石墨烯修饰电极的制备及电化学性能研究

以天然鳞片石墨为原料,采用改进的Hummers法制备了氧化石墨(GO),以GO和硫氰酸铵为前驱体,采用一步水热法制备了硫氮共掺杂石墨烯(SNG)。X射线衍射、扫描电子显微镜和拉曼光谱分析结果显示,硫和氮成功掺入石墨烯晶格中,SNG表面褶皱明显且形成了三维孔道结构。通过交流阻抗、循环伏安法和差分脉冲伏安法考察了对苯二酚(HQ)、邻苯二酚(CC)和间苯二酚(RC)在修饰玻碳电极(SNG-180/GCE)上的电化学行为。结果表明:硫氮共掺杂能有效改善石墨烯的电化学性能,修饰电极实现了对HQ、CC和RC的同时检测,线性范围在5.5~43.06μmol/L和90.91~245.28μmol/L之间,检出限为1.83μmol/L(信噪比为3)。     

GO/MOF复合材料的制备及其吸附苯和乙醇性能（英文）

采用溶剂热法制备了金属有机骨架-氧化石墨烯(MOF/GO)复合材料,通过氮吸附/脱附、红外光谱对其比表面积和孔结构、表面官能团进行了表征,考察了其吸附苯和乙醇的性能。结果表明,当氧化石墨烯的添加量为5.25 wt%时,复合材料的比表面积和孔容最大。该材料对苯和乙醇有很高的吸附容量,其最大吸附容量可分别达到72和77 cm~3/g。MOF-5/GO复合材料吸附挥发性有机物(VOCs)的容量不仅受孔结构的影响,其表面特性也对吸附性能有重要作用。氧化石墨烯含量为3.5 wt%的GO/MOF复合材料对乙醇的吸附容量显著增强是由于其含有大量的含氧官能团。     

石墨烯/SiO2复合气凝胶微球的制备及其吸附性能研究

以硅溶胶为原料,通过W/O乳液法结合溶胶-凝胶过程制备SiO_2气凝胶微球。在硅溶胶中掺杂氧化石墨烯(GO),经过洗涤、溶剂替换、表面改性、真空干燥制备出掺杂量不同的氧化石墨烯/SiO_2复合气凝胶微球(GOS-CAMs),最后经高温处理得到石墨烯/SiO_2复合气凝胶微球(GS-CAMs)。经过堆密度、氮气吸附-脱附、扫描电子显微镜及傅里叶变换红外光谱等测试,选择GO掺杂量为0.4%(wt,质量分数,下同)的GS-CAMs,分别与石墨烯、SiO_2气凝胶微球进行对比,研究其在不同温度下对水溶液中不同浓度甲苯的吸附性能,并从吸附热力学、吸附动力学探讨其吸附机理。结果表明:掺杂量为0.4%的GO制备的GS-CAMs的综合性能最好,其松散堆密度为300kg/m~3,比表面积、平均孔径分别为328m~2/g、31.23nm;与纯SiO_2气凝胶微球相比,GS-CAMs的比表面积、孔径明显增加;GS-CAMs对不同温度下不同浓度甲苯水溶液的最大饱和吸附量为211mg/g,约为SiO_2气凝胶微球、石墨烯吸附量的1.2倍、1.6倍。吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型。     

共掺杂三维石墨烯的制备及其电催化析氢性能的研究

选择天然石墨鳞片为原料,采用改进的Hummers法制备出氧化石墨(GO),再以硫脲、硫酸亚铁和氯化镍为改性剂,利用化学还原法和自组装法制备了氮、硫、铁、镍共掺杂三维石墨烯电极材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)等测试手段对材料进行分析表征,研究了不同因素对其析氢反应活性(HER)的影响,并通过均匀试验设计确定了制备的最佳工艺条件。结果表明:所制备的电极材料具有丰富的孔结构和完整的三维结构,石墨烯片层间距为0.3734 nm,并且无明显垛叠团聚,在酸性条件下显示出较高的HER活性,在电流密度为10 mA/cm2时,析氢过电位为-158 mV,塔菲尔(Tafel)斜率为74.33 mV/dec。     

三嗪对CVD石墨烯n型掺杂的研究

以化学气相沉积(CVD)制备的单层石墨烯为原料, 小分子三嗪为掺杂剂, 采用吸附掺杂的方式, 在低温下对石墨烯实现n型掺杂。利用拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱分析(XPS)、原子力显微镜(AFM)、紫外分光光度计(UV)和霍尔效应测试仪(Hall)对样品的形貌、结构及电学性能进行表征。结果表明: 该方法简单安全, 能够对石墨烯实现均匀的n型掺杂, 掺杂石墨烯的透光率达到95%。掺杂后石墨烯的特征峰G峰和2D峰向高波数移动。掺杂180 min后, 载流子浓度达到4×10¹²/cm², 接近掺杂前的载流子浓度, 掺杂后的石墨烯在450℃的退火温度下具有可逆能力, 其表面电阻在300℃以下具有较好的稳定性。     

化学还原石墨烯薄膜的制备及结构表征

以天然鳞片石墨为原材料,采用Hummers法成功制备了氧化石墨,并采用化学还原方法制备石墨烯薄膜材料,分别应用X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS)、拉曼光谱分析(Raman)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对氧化石墨和化学还原石墨烯薄膜的性能、结构和形貌进行了表征。实验结果表明,通过控制溶液的pH值为10可防止石墨烯团聚,石墨烯溶液的分散性非常好,碳氧比达到了8.8∶1,扫描电镜图片观察到了较薄的片层。通过XRD图谱可以看出,石墨烯薄膜比原始石墨的层间距变大。拉曼光谱表明,石墨烯薄膜相对氧化石墨的ID/IG值更大,样品在还原的过程中无序度增加。石墨烯薄膜的微观结构研究为其在超级电容器电极或重金属废水过滤膜等方面的应用提供了理论基础。     

亲油性长链烷基硅烷功能化石墨烯的制备与表征

用十六烷基三甲氧基硅烷在三乙胺存在下处理氧化石墨烯(GO),一步制得长链烷基硅烷功能化石墨烯(FG)。运用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等技术对FG的结构与性能进行了测试表征。分析结果表明十六烷基三甲氧基硅烷中的Si—OCH3与GO表面上的OH反应,以Si—O—C连接在石墨烯片层的表面,而GO片层上其它含氧基团大部分被还原脱除,恢复了石墨烯的sp2杂化结构。FG具有很好的油溶性,可稳定分散于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃、丙酮、苯等有机溶剂中,并且在DMF中的最大分散浓度为1.90mg/mL。AFM的结果显示,FG在DMF中平均厚度约为1.7nm,以单层剥离状态存在。