纤维素/石墨烯多孔复合气凝胶的制备与表征

通过对高纯鳞片石墨(GE)进行化学处理,制备氧化石墨烯(GO)和还原石墨烯(rGO);以针叶木纤维素为基体,GO、rGO为掺杂剂,制备了纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶(C/GO)与纤维素/还原石墨烯复合气凝胶(C/rGO)。采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜、热重分析、杨氏弹性模量对制得气凝胶的结构、形貌、热稳定性和强度性能进行了系统表征。结果表明,GO和rGO依靠氢键结合和纤维素的分散作用在纤维素基体中均匀分散,形成稳定的多孔复合结构;通过杨氏弹性模量确定较适GO、rGO掺杂比均为纤维素的1%,此时C/rGO的杨氏弹性模量为53.26 MPa,是C/GO的1.6倍、纯纤维素气凝胶(CA)的5.4倍。GO、rGO的掺杂在一定程度上提高了纤维素气凝胶的热稳定性。     

新型石墨烯基复合气凝胶用于废水中钆离子的吸附

通过溶剂热法制备新型的具有3D结构的还原氧化石墨烯/聚氨基膦酸(PAPA)气凝胶(rGO/PAPA)。还原氧化石墨烯与PAPA链交联后得到的气凝胶(rGO/PAPA)被用作Gd(Ⅲ)吸附剂。Gd(Ⅲ)离子的吸附可在15min以内达到吸附平衡,最大吸附量868.5mg/g。rGO/PAPA对Gd(Ⅲ)的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型。吸-脱附循环试验表明rGO/PAPA具有良好的再生性能,并且对测试的吸附物具有很高的回收率。     

还原氧化石墨烯/四氧化三铁复合气凝胶的制备与染料吸附性能

为改进四氧化三铁（Fe₃O₄）复合材料吸附工业染料废水的性能,先制备了表面油酸修饰的Fe₃O₄,再以氧化石墨烯（GO）及表面油酸修饰的Fe₃O₄作为前驱物,通过水热法制备了还原氧化石墨烯/四氧化三铁（rGO/Fe₃O₄）复合水凝胶,最后冻干得到rGO /Fe₃O₄复合气凝胶。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜表征产物的微观形态和结构,并通过紫外-可见分光光度计对复合气凝胶对于亚甲基蓝染料（MB）的吸附性能进行研究。结果表明,rGO /Fe₃O₄复合气凝胶在微观上复合均匀,与单独的石墨烯和Fe₃O₄纳米粒子相比,rGO/Fe₃O₄复合气凝胶对MB染料的吸附性能更优,吸附能力达到108 mg·g^-1,而且rGO /Fe₃O₄复合气凝胶可以方便地从废水中移出进行重复使用。研究其吸附动力学和吸附等温发现,该复合气凝胶的吸附行为符合拟二级动力学方程和Langmuir吸附模型。     

石墨烯对聚乙烯醇缩丁醛防腐涂层性能的影响

为提高涂层的防腐蚀性能,采用改进的Hummers法成功制备了氧化石墨烯(GO),利用水热还原法制备还原氧化石墨烯(rGO),将rGO与无机纳米粒子(SiO_2、TiO_2)结合,采用刷涂的方法制备rGO/聚乙烯醇缩丁醛(PVB)复合涂层;通过TEM、FT-IR、XPS等观察分析GO及rGO的表面形貌和微观结构,并利用摩擦磨损和接触角测试研究rGO/PVB涂层的疏水性,同时利用电化学分析进一步探究防腐涂层的防腐性能.结果表明:rGO与无机纳米粒子复合,得到的rGO/PVB涂层的疏水性较好,且在研究范围内随rGO含量的增加,涂层的防腐性能越好,当rGO质量分数为0.6%时涂层的腐蚀速率最小,防腐效率最高为99.79%.     

WO_3/rGO纳米复合材料的制备及其储锂性能研究

采用水热法合成了WO_3/rGO纳米复合材料,并将其用作锂离子电池负极材料。水热处理过程中将氧化石墨烯(GO)还原转变成了还原型氧化石墨烯(rGO),氧化石墨烯经还原后会产生不饱和的、共轭的碳原子,表面缺陷增加从而活性位点增加,使电导率显著增加。结果显示:所制备的WO_3/rGO纳米复合材料中,WO_3均匀地负载到了rGO纳米片上。电化学测试表明:所获得的WO_3/rGO纳米复合材料首次放电比容量达到1 135.7mA·h·g~(-1);200圈以后依然能够保持较高的放电比容量(780mA·h·g~(-1))。     

银纳米粒子/聚多巴胺微球的制备及催化性能

利用多巴胺在碱性醇/水体系中的氧化自聚反应制备得到粒径均一的聚多巴胺纳米微球(polydopamine spheres,PDS),并进一步利用PDS结构中儿茶酚胺的还原性,原位还原硝酸银负载银纳米粒子,建立了银纳米粒子/聚多巴胺微球(Ag nanoparticles loaded PDS,AgNPs/PDS)的简单制备方法。利用紫外-可见光谱、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和电化学溶出伏安法对PDS及AgNPs/PDS的形貌、结构及成分进行分析。在最优条件下,粒径约为40nm的球形AgNPs均匀固载在平均粒径约为200nm的PDS表面。通过紫外-可见吸收光谱现场监测了AgNPs/PDS对硼氢化钠还原4-硝基苯酚(4-nitrophenol,4-NP)的催化作用,结果表明AgNPs/PDS极大地加速了4-NP的还原反应。这种绿色、简单、快捷的复合材料制备方法有望为新型功能材料构建提供新途径。     

一步法制备的还原氧化石墨烯/二氧化锰复合材料形貌控制及其电化学性能

提出了一种简易的一步水热法,通过原位合成的方法制备还原氧化石墨烯和MnO_2(rGO/MnO_2)复合电极材料。通过改变GO悬浮液的初始浓度对其形貌进行调控,制备了具有纳米花状、纳米棒状以及混合纳米结构MnO_2的rGO/MnO_2复合电极。MnO_2的形貌在提高电化学性能方面起着重要的作用。与其它两种形貌相比,纳米花状结构的rGO/MnO_2复合材料提供了更多的空间和氧化还原活性位点,因此具有更好的电化学能量储存能力。纳米花状结构的rGO/MnO_2在6 mol·L~(-1) KOH电解质中表现出高的比电容(在电流密度为1 A·g~(-1)时,比电容为310 F·g~(-1))、高扫描速率下超高的氧化还原反应活性和良好的循环稳定性(15 A·g~(-1)电流密度下循环1 000次后容量保持率为93%),表明纳米花状结构的rGO/MnO_2在储能领域具有良好的前景。     

石墨烯/碳复合气凝胶的制备及其吸附性能

碳气凝胶具有高比表面积、高导电性等优异的性能,将碳气凝胶与具有同样优异性能的石墨烯相结合,通过溶胶-凝胶法制备得到石墨烯/碳(G/C)复合气凝胶,进一步提高其吸附性能.研究结果表明,G/C复合气凝胶为三维多孔结构,具有较高的比表面积643 m2/g、孔容积1.688 cm3/g、平均孔径13.50 nm.对水中模拟污染...     

Pt@ rGO-Bi2 WO6 /FTO 复合材料的制备及其光电催化甲醇氧化性能

采用水热法在导电玻璃( FTO) 基体上制得钨酸铋垂直纳米片( Bi2WO6 /FTO) 后,再分别采用 热还原法和光沉积法负载还原氧化石墨烯( rGO) 和铂颗粒,制备得到rGO-Bi2WO6 /FTO,Pt- Bi2WO6 /FTO 和Pt@ rGO-Bi2WO6 /FTO 等复合材料． 通过测试这些复合材料的紫外-可见( UV-vis) 漫反射光谱,发现引入rGO 层和负载铂纳米颗粒,都明显拓展复合材料的太阳光吸收范围． 光电催 化甲醇氧化的测试结果表明: Pt@ rGO-Bi2WO6 /FTO 电极具有比Pt-Bi2WO6 /FTO 电极更强的光电 催化活性和更优的抗CO 中毒性． 这是因为引入还原氧化石墨烯,提高了复合材料电极的导电性; 同时可以作为铂纳米颗粒的支撑材料,为甲醇分子在电极表面提供更多的吸附位点．     

琼脂糖凝胶中树枝状银的生长研究

以琼脂糖凝胶作为模板、还原剂和稳定剂,通过溶胶-凝胶法制备琼脂糖/纳米银复合凝胶,对所得到的银纳米粒子进行了表征. 在复合凝胶外侧使用铝箔破坏凝胶中银纳米粒子的平衡状态,实现银纳米粒子在凝胶中的聚集并生成三维树枝状结构,并对树枝状银进行了表征. 结果表明,银纳米粒子为球形,粒径在20 nm左右,分散性好. 以琼脂糖凝胶为模板生长的树枝状银形状完整,尺寸与复合凝胶的样品大小有关,可达厘米级. 树枝状银的形貌可通过改变硝酸银浓度进行调控. 树枝状银结构的形成是扩散限制凝聚的结果. 关键词:琼脂糖;银纳米粒子;树枝状银;复合凝胶;可控制备     

MnO2/石墨烯复合气凝胶的制备及其电化学性能

研制出超长周期、高比电容的超级电容器电极是未来储能器件的关键。采用了一种简便有效的自组装水热法合成了二氧化锰/还原氧化石墨烯(MnO2/RGO)复合气凝胶。通过一系列表征技术对其形貌和结构进行了分析。其电化学性能测试结果表明,当电流密度为1A/g和40A/g时,MnO2/RGO比电容分别可达到252F/g和146F/g,具有较好的倍率性能。此外,复合气凝胶在20A/g的高电流密度下,经过10 000次循环后,其比电容为初始电容的87.8%,说明此复合材料具有优异的循环稳定性。杰出的电化学性能归功于:1)三维(3D)石墨烯气凝胶不仅为MnO2粒子提供了良好的支撑,而且促进了离子和电子的快速转移;2)MnO2粒子可以抑制RGO的团聚和重叠。     

花状氧化铜/还原氧化石墨烯复合物的制备和表征及其电化学应用

制备了三维花状氧化铜纳米材料及氧化铜(CuO)/还原氧化石墨烯(rGO)纳米复合材料,并利用SEM、TEM、XRD、Raman和XPS对合成的纳米材料进行了表征.将所制备的纳米材料应用于修饰电极构建扑热息痛生物传感器,实验结果显示:相比于氧化铜和还原氧化石墨烯的单一材料,纳米复合材料修饰的电极对检测扑热息痛具有较强的氧化还原能力,并且在浓度3.00～500 μmol/L范围内呈良好的线性关系,检出限为0.19 μmol/L(S/N=3).此外,该生物传感器用于测定实际样品的结果令人满意.     

TiO_2纳米管复合石墨烯催化剂的合成及其光催化性能

为提高TiO_2光催化剂的可见光利用率及光催化效率,以TiO_2粉体和氧化石墨为原料,氢氧化钠水溶液为溶剂,通过简单的水热法一步制备还原氧化石墨烯复合TiO_2纳米管(rGO/TiO_2NT)光催化材料.通过TEM、XRD及UV-vis等手段表征所得产物的形貌、结构和光学特性,通过紫外光下甲基橙水溶液的光降解率来评价其光催化活性,考察还原氧化石墨烯复合量及焙烧温度对合成催化剂光催化性能的影响.结果表明:TiO_2纳米管与还原氧化石墨烯之间复合紧密,当r GO质量分数为2.0%、样品经300℃焙烧后,rGO/TiO_2NT的光催化活性达到最佳,紫外光照射10 min时甲基橙100%完全降解.这是由于经还原氧化石墨烯复合后,TiO_2导带上的电子转移至石墨烯表面,实现了光生电子和空穴对的有效分离,进而提高了光催化效率.     

锆氧化物/石墨烯的制备及其对PO_4~(3-)的吸附性能

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,采用超声-搅拌-共沉淀法制备出氢氧化锆/石墨烯(Zr(OH)4/rGO)复合材料,并利用氢氧化锆/石墨烯前驱体采用水热法制备氧化锆/石墨烯(ZrO_2/rGO)复合材料.通过Zr(OH)4/rGO、ZrO_2/rGO对磷酸根的吸附性能研究表明:两种吸附剂材料对PO_4~(3-)的吸附容量均随着pH值的升高而降低,吸附容量均随PO_4~(3-)浓度与溶液温度升高而升高.当pH值为2时,Zr(OH)4/rGO、ZrO_2/rGO对PO_4~(3-)最大吸附容量分别为81.84 mg/g、63.58 mg/g.Zr(OH)4/rGO与ZrO_2/rGO样品对PO_4~(3-)吸附过程均符合准二级动力学方程,等温吸附过程均满足Langmuir吸附等温方程.Zr(OH)4/rGO的再利用吸附PO_4~(3-)容量有所下降,而ZrO_2/rGO再生后吸附PO_4~(3-)容量与初次吸附性能相当.     

基于rGO@PMMA/PBA复合乳胶膜的电容式非接触传感器制备与性能分析

为解决当下电容式非接触传感器制备过程复杂、传感性能不足以及电介质对性能影响不明的难题,将还原氧化石墨烯@聚甲基丙烯酸甲酯(rGO@PMMA)分散液与聚丙烯酸正丁酯(PBA)胶乳共混后烘干,制备rGO@PMMA/PBA柔性复合薄膜传感器。通过扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪及紫外光谱仪表征复合粒子表面形貌和rGO的吸附性能,使用电感电容电阻测试仪表(LCR表)探究不同介电性薄膜传感器的非接触传感性能。结果表明：氧化石墨烯(GO)吸附到PMMA上出现褶皱表面,经抗坏血酸(Vc)还原后的rGO仍可稳定吸附于PMMA颗粒表面,形成rGO@PMMA复合粒子;当rGO@PMMA/PBA复合膜中复合粒子rGO@PMMA的含量高至10.0%时,rGO@PMMA/PBA复合膜仍然具有柔性;膜的介电常数和导电性随着膜中复合粒子rGO@PMMA填充量的增高不断增大和增强;传感器性能最优时的复合粒子rGO@PMMA填充量为0.20%,此时的传感器具有柔性以及最小的物体感知尺寸和最远的感知距离,并能辨识浅埋沙土下的物体及方位。该研究结果为制备高性能柔性薄膜非接触式电容传感器提供了一种新方法。     

石墨烯-氧化钛复合氨敏感材料的制备与特性研究

利用四异丙醇钛和氧化石墨（GO）,采用水热法制备了还原氧化石墨烯/氧化钛（rGO-TiO₂）纳米复合敏感材料,通过傅里叶红外（FTIR）和紫外可见光谱（UV-vis）对复合材料结构进行了表征.气敏特性结果表明,复合敏感材料对氨气（NH₃）具有良好的室温响应-恢复特性;与单一的rGO相比,复合敏感材料表现出更高的响应(rGO-TiO₂对10×10^-6NH₃响应为-0.027,rGO为-0.007)和更好的重复性.此外,还分析了复合材料对NH₃的气体敏感机理.     

多孔石墨烯的制备及其在超级电容器中的应用

采用催化刻蚀法,制备出作为一种大比表面积、高导电性的、已被广泛用作超级电容器的二维碳电极材料。石墨烯的多孔材料由于其多孔结构能够加快离子的扩散,使得比电容进一步增加,增强了其双电层电容性能。多孔还原氧化石墨烯(hrGO),并将其用作超级电容器的电极材料。同时利用透射电子显微镜、X射线电子能谱和电化学技术对制备出的hrGO进行表征。利用循环伏安法和恒电流充放电技术对比了未刻蚀孔的还原氧化石墨烯(rGO)和hrGO的超级电容性能。当电位在-1～0 V范围内时,hrGO的比电容要大于未刻蚀的rGO的比电容,当扫速为10 mV/s时,其比电容可达到33 mF/cm~2;当电流密度为0.2 mA/cm~2时,hrGO的比电容仍要大于未刻蚀的rGO的比电容,与循环伏安测试中得到的结论一致。在充放电达到3 000次循环后,比电容保持在初始值的87%。上述结果表明该方法制备的多孔石墨烯具有良好的超级电容性能,适用于超级电容器负极材料。     

石墨烯/CuO三维组装体在超级电容器中的应用

利用一步水热法制备了由三乙烯四胺共价连接而成的石墨烯三维组装体。随后,通过原位光还原技术将Cu O纳米粒子负载在所制得的石墨烯三维组装体上。在此基础上,对该负有Cu O的石墨烯三维组装体在超级电容器领域中应用的可能性进行了初步考察。研究结果表明:上述石墨烯三维组装体是一个很有前途的超级电容器材料。由其组成的电容器具有很高的充-放电容量。在室温下,其充-放电容量可高达154 F/g。这个充-放电性质有可能源自石墨烯三维组装体的超高比表面积以及良好的导电性能。另外,氧化铜纳米粒子与石墨烯纳米片之间的协同作用也起了重要的作用。     

石墨烯修饰的碳纳米纤维制备及其电热转换

为提高碳纳米纤维(CNF)的电热转换效率,改善其综合导热系数,采用静电纺丝法将氧化石墨烯(GO)添加到聚丙烯腈(PAN)纤维中,经过预氧化和碳化处理后制得具有三维导热网络的CNF/rGO复合纤维膜以提高其热传输效率,并考察不同石墨烯含量和碳化温度对CNF/rGO复合纤维膜导热性能的影响。结果表明:采用rGO修饰CNF复合薄膜可以有效提升其综合导热系数,改善其电热转换效率;CNF/rGO复合纤维膜的导热系数随着氧化石墨烯含量的增加而升高,随着碳化温度的升高而下降,当氧化石墨烯质量分数为20%、碳化温度为1100℃时,CNF/rGO复合纤维膜的导热系数为0.216 W/(m·K),比纯CNF提升了127%;当氧化石墨烯质量分数为5%、碳化温度为1000℃、电压为21 V、电流为0.51 A时,CNF/rGO复合纤维膜的表面温度最高可达251.9℃;但是,GO含量和碳化温度的升高会导致CNF/rGO复合纤维膜的力学性能下降。     

溶胶凝胶法制备纳米二茂铁微粒及其电催化性能研究

采用溶胶凝胶法制备了二茂铁微粒后,将所得二茂铁微粒超声分散于甲基三甲氧基硅烷形成的溶胶结构中,得到了溶胶凝胶固载的二茂铁纳米粒子,并制成化学修饰碳糊电极.采用扫描电镜(SEM)方法对制得粉体微粒进行表征,并通过循环伏安实验与计时安培实验测试修饰电极的电催化活性.结果表明:采用溶胶凝胶法分散的二茂铁纳米粒子,粒径约为300nm,将二茂铁固载于SiO2的凝胶结构中有效地提高了修饰电极的稳定性与二茂铁的分散性.在优化的实验条件下,修饰电极对抗坏血酸(AA)的氧化具有明显的催化作用,安培法检测AA的线性范围为3.0×10-6～2.5×10-3 mol/L,检出限为1.0×10-6 mol/L(3sb,n=10).