酸化辅助Hummers法制备高性能石墨烯

以天然鳞片石墨为原料, 采用Hummers法制备氧化石墨, 制得的氧化石墨经超声波振荡得到氧化石墨烯, 在还原剂水合肼作用下加热回流制得石墨烯纳米材料。采用X射线衍射仪与拉曼光谱对天然石墨、氧化石墨和石墨烯进行表征, 透射电子显微镜观察石墨烯样品形貌, 并使用三电极体系进行循环伏安法测试, 分析石墨烯材料的电化学性能, 结果表明, 石墨烯为褶皱状薄层结构, 衍射峰宽化且强度较弱, 完整度介于石墨和氧化石墨之间, 堆垛取向为无序的石墨结构。石墨烯的双电层电流远大于XC-72导电炭黑的双电层电流, 相对于XC-72, 石墨烯具有更高的电化学活性面积。     

热接触变质煤制备石墨烯:化学结构演化

作为具有优异性能的碳材料,石墨烯应用前景广阔。我国煤炭资源储量丰富,以煤为原料,探讨制备石墨烯的研究需不断深化。受岩浆影响的热接触变质煤具有高碳含量、高芳香度等特点,但其制备石墨烯的可行性值得研究。以淮北煤田朔里煤矿5号煤层为研究对象,采集3个靠近岩浆侵入体的热接触变质煤为原料。煤基石墨烯的制备采用改进Hummers法,原煤经石墨化后,通过氧化、超声剥离、还原成石墨烯。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱和X射线衍射对煤基石墨、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯逐一进行分析。结果表明:3个样品制得的煤基石墨的(002)晶面间距均为0.3381 nm。氧化石墨烯的分子结构中含有羧基、羟基和环氧基,在还原后这些官能团脱落并形成了还原氧化石墨烯结构中的缺陷。煤基石墨和还原氧化石墨烯的红外光谱都出现了羟基的特征吸收峰,区别在于煤基石墨中的羟基为石墨化过程中所残留的,而还原氧化石墨烯中的羟基则是氧化石墨烯未彻底还原所残留的。拉曼光谱分析的结果表明氧化石墨烯在还原后ID/IG(D峰与G峰强度比)>1,为还原过程中石墨烯片层表面的环氧基脱落形成的面缺陷所导致。由朔里热接触变质煤所制备出的还原氧化石墨烯的平均层数分别为4.29、3.97和4.31,均属少层石墨烯,热接触变质煤可作为制备石墨烯的原料。     

热膨胀剥离法制备石墨烯及其表征

以-48μm高纯鳞片石墨为原料,先采用Hummers法制备氧化石墨,再采用高温热膨胀剥离法制备石墨烯.利用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、原子力显微镜(AFM)、N2吸附-脱附(BET)等研究了氧化石墨及石墨烯的晶体结构、表面官能团、表面形貌、比表面积、孔径分布等.XRD研究结果表明,氧化石墨层间距为0.94 nm,原有的石墨峰消失;热膨胀所得石墨烯(2θ=25.6°,d(002)=0.348 nm)为无定形态.FT-IR分析表明,石墨氧化过程中结构层间形成大量含氧官能团,经高温还原后仅残存部分含氧官能团.石墨烯具有较高的比表面积(336.7 m2/g),其厚度在0.4～0.7nm之间,为1～2层石墨烯.     

云南小发路无烟煤基石墨烯制备与谱学表征

为研究云南小发路无烟煤制备煤基石墨烯及其谱学特征,采用改良的Hummers氧化还原法制备煤基石墨烯,并综合利用透射电镜(TEM),X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等表征手段对原煤以及过程产物的化学结构进行表征,结果表明高温石墨化显著改善了小发路无烟煤的微晶结构,晶粒尺寸增加,平均芳香层数可达54.84,有利于后续氧化插层形成氧化石墨烯;氧化反应产生了大量含氧官能团,增加了煤基氧化石墨烯的缺陷度(I_(D1)/I_G=2.06),层间距可达0.790 nm;还原氧化石墨烯表面含氧官能团大幅度减少,缺陷度减小至1.58,芳构碳的有序度增加,成功制得煤基石墨烯;透射电镜下发现小发路无烟煤晶格条纹大部分为无定向弯曲,层间堆垛较厚,所制备的煤基石墨烯则呈透明薄层状,表面含有较多翘曲,边缘处可观察到线性晶格条纹,层数达3～5层。小发路无烟煤的含氧官能团以酚、醇、醚、酯为主,羧基含量较低,羟基共检测到环状羟基、与醚作用形成氢键的羟基、羟基间氢键相连的羟基、与芳香体系形成氢键的羟基以及自由羟基等5种,氧化后的煤基氧化石墨烯表面含氧官能团以醚和/或环氧化物、自缔合羟基和OH—醚氧键/环状羟基和羧基为主,而还原后煤基石墨烯中剩余的少量含氧官能团主要为醚和/或环氧化物,其稳定性较强,通过水合肼还原难以消除。     

天然鳞片石墨微波法制备石墨烯及其电容性能

以天然鳞片石墨为原料,采用Hummer法制备氧化石墨,再利用微波法热还原氧化石墨制备石墨烯,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电性能测试等方法研究微波时间对石墨烯微观结构和电容性能的影响.结果表明,采用微波法可以将氧化石墨彻底还原为无定形的多层片状石墨烯,随着微波时间的延长,石墨烯的剥离效果越明显,比表面积呈现先增大后降低的趋势,微波处理90s制备的石墨烯比表面积为353.2 m2/g.随着微波时间的延长,石墨烯的电容量先升高后降低,倍率性能和循环性能先增加后趋于稳定,微波处理90s获得的石墨烯电容量为343 F/g,经过500次循环后容量保持率达98.5％,展示了良好的循环性能和倍率放电性能.     

氧化石墨烯的制备与改性研究

用改进的Hummers法制备了氧化石墨, 经超声和离心处理, 将氧化石墨转化为氧化石墨烯胶体(Graphene Oxide, GO), 用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对GO进行改性制备了改性氧化石墨烯(Modified GO, MGO), 采用FT-IR、AFM、TEM、SEM、TGA等手段对材料结构和性能进行了表征, 结果表明: 所制得的GO胶体具有很好的悬浮稳定性, 其厚度小于1.16 nm, 表面含丰富的含氧官能团, GO片层呈现出很多皱褶; CTAB与GO之间存在化学键键合作用, 改性后GO的热稳定得到一定程度的提高。     

黔西与湖南寒婆坳地区煤制石墨烯结构的演化特征

石墨烯作为21世纪的战略性新兴材料，因其优异的性能受到广泛关注。研究表明煤可作为石墨烯碳源，并且煤的属性也影响石墨烯的结构特征，结合我国煤变质成因复杂、煤变质作用类型多样的特点，旨在研究不同变质作用背景对石墨烯结构的影响特征。采集黔西地区深成叠加热液变质作用6个煤样及寒婆坳地区岩浆热变质作用4个煤样，全部利用HCl-HF-HNO₃酸洗方法进行处理后得到脱矿煤样，以排除矿物的影响；后使用中频感应石墨化炉对脱矿煤样进行2 800℃高温处理后得到煤基石墨样品；最后利用改进的Hummers氧化还原法对煤基石墨进行氧化、超声剥离、还原处理，得到石墨烯样品；用于测试样品微晶尺寸、空间形态等信息的X射线衍射(XRD)对脱矿样、煤基石墨、石墨烯进行表征并得到相关结构参数，用于测试样品缺陷、完整性的拉曼光谱(Raman)对脱矿样、煤基石墨、石墨烯样品进行表征并得到相关参数，用于观察样品微观表面形貌的透射电镜(TEM)对石墨烯样品进行表征并得到图像。实验及表征结果：透射电镜(TEM)得到的图像表明2种变质类型的煤均可制备出3～5层的石墨烯层片。X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Rama...     

氧化石墨及石墨烯材料的制备

以-100目鳞片状石墨为原料,先采用Hummers法制备氧化石墨,经超声波振荡后得到氧化石墨烯.在还原剂硼氢化钠作用下加热回流制得石墨烯纳米材料.采用透射电子显微镜、红外光谱、x射线衍射仪对所得产物进行分析表征.     

石墨烯的制备及其在光催化材料中的应用

以黑龙江鸡西柳毛鳞片石墨为原料制备石墨烯,重点探讨了氧化剂配比、氧化时间对氧化石墨结构的影响,表征了氧化石墨、氧化石墨烯与石墨烯的晶体结构与形貌特征。并将石墨烯与氧化锌纳米棒阵列(RGO/ZNRs)复合,研究了石墨烯浓度对石墨烯/氧化锌纳米棒阵列复合材料光催化降解性能的影响,分析了复合材料的光降解机制。结果表明:鸡西柳毛天然鳞片石墨成功制备成单层或少层还原氧化石墨烯片,厚度为1.1~1.3 nm。石墨烯的引入有效增强了RGO/ZNRs复合材料光催化降解性能。当石墨烯浓度为2mg/mL时,RGO/ZNRs复合材料中石墨烯的含量达到最优值,光催化性能最佳。     

废旧电池制备氧化石墨烯

论文针对废旧锌锰电池中的碳棒进行高附加值回收利用，采用改进的Hummers法从废旧锌锰电池中回收制备氧化石墨烯，考察了低温反应时间、中温反应时间、高温反应时间、高锰酸钾用量、浓硫酸用量和不同干燥方式对制备产品氧化石墨烯的影响。结果表明：以碳棒为原料制备氧化石墨是可行的，当石墨粉用量为1g时，高锰酸钾5g、浓硫酸20 mL、低温反应时间2 h、中温反应时间4 h、高温反应时间30 min，可制备得到氧化程度较高的氧化石墨烯。     

氧化程度对3D rGOs形貌结构及吸附性能的影响

通过改变氧化剂用量制备不同氧化程度的氧化石墨(GO),经超声分散,水热还原制备出系列三维还原氧化石墨烯(3D r GOs),采用扫描电镜、X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱和紫外可见分光光度计等分析测试手段研究了氧化程度对3D rGOs形貌结构、光谱特征和吸附性能的影响。结果表明:随着氧化程度的增加,水热还原产物在微观上由多层堆积的片状结构逐渐转向均匀多孔网状结构,最后转变为断裂碎片交联的网状结构。吸附容量随氧化程度的增加先增大后减小,当GO羟基含量最多而环氧基含量最少时,3D rGOs吸附性能最好,对罗丹明B、亚甲基蓝和甲基紫吸附量最高分别可达90.9、145.4和237.4 mg/g。     

石墨烯-铜基复合材料的原位合成制备、组织及性能研究

采用旋转化学气相沉积法和真空热压烧结工艺原位制备了综合性能优良的石墨烯-铜基复合材料。利用拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和光学显微镜等仪器, 并通过测试材料维氏硬度、导电性和导热性, 分析了复合粉体的结构和形貌以及石墨烯添加对复合材料组织和性能的影响。结果表明, 在旋转化学气相沉积过程中, 通过改变甲烷气体的浓度(由0.17%提高到0.67%), 结合真空热压烧结工艺, 成功制备出石墨烯含量为0.015%和0.026%的铜基复合材料。2种复合材料均接近完全致密(≥99.0%); 铜基体晶粒尺寸由于石墨烯的添加而明显细化:纯铜块体材料的平均晶粒直径约为46.8 μm, 而石墨烯含量为0.015％和0.026%的复合材料的平均晶粒直径分别为22.7和17.9 μm; 复合材料的硬度显著提高, 相比纯铜样品均增长了约30%; 随着石墨烯含量增加, 复合材料导电性和导热性逐渐降低, 但下降幅度较小, 与纯铜样品接近。     

微晶氧化石墨的制备及性能研究

以微晶石墨为原料, 采用改良的Hummers法, 经低温、中温与高温3阶段制备微晶氧化石墨。将微晶石墨、硝酸钠与高锰酸钾低温加入浓硫酸中, 经过中温进一步氧化, 最后高温滴加双氧水制得微晶氧化石墨。考察微晶石墨用量、高锰酸钾用量与低温反应时间对微晶氧化石墨制备的影响。采用X射线衍射仪对制得的微晶氧化石墨及其还原产物进行表征, 使用扫描电子显微镜观察样品形貌, 并结合三电极体系进行循环伏安法测试, 分析微晶氧化石墨及其还原产物的电化学性能。     

石墨烯的制备及其复合导电浆料对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2锂离子电池性能的影响

通过化学氧化-热还原法制备了高柔韧性、片层少的石墨烯粉体,将其与碳纳米管、炭黑制备出石墨烯复合导电浆料,并分析对比了不同片径的石墨烯复合导电浆料和常规复合导电浆料对LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂锂离子电池性能的影响。结果表明,石墨烯含有丰富的含氧官能团,复配后的石墨烯复合导电浆料在正极材料LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂中可以构建高效的点-线-面结构的三维空间导电网络,其中,D₅₀片径为11.581 μm的石墨烯复合导电浆料电化学性能较为优异,在8C(20 A)大倍率放电条件下容量保持率为104.45%,1C/8C倍率循环200周后电池仍有2 121 mAh的容量,容量保持率为87.90%。     

石墨烯的制备方法及其应用领域的研究进展

石墨烯是由碳原子构成的只有单层原子厚度的二维晶体,具有特殊的光学、电学、热学、力学、磁学等优异性能。针对石墨烯独特的优势,分析了其主要制备方法的产品质量、尺寸、量产规模和优缺点,包括微机械剥离法、氧化石墨还原法、晶膜生长取向附生法、碳化硅(SiC)表面外延生长法、赫默法(Hummer法)、化学气相沉积法(CVD)和切割碳纳米管法等,探讨了石墨烯材料在材料物理、能源电子、生物医学以及环境保护等各个领域的推广应用和发展前景,展望了石墨烯材料的未来应用潜力、商业价值及高端领域中现有制备方法的应用缺陷,从而为更好地开展高质量、产业化、可实用化石墨烯的应用与研发打下了一定的理论基础。     

有机梳妆高分子聚氯乙烯改性研究

为研究聚氯乙烯改性材料用作红外隐身/遮蔽材料的可能性,采用先将聚氯乙烯溶解于一种有机溶剂;再分别填充金属、非金属、金属氧化物和非金属氧化物粉末;研磨均匀后自然干燥的方法,共制备了10种聚氯乙烯的填充改性材料,又收集了日常生活中使用的聚氯乙烯塑料薄膜18种,对这些材料进行了红外光谱分析和热分析。     

不同Ni含量的合金钢在高温水蒸气中的氧化行为研究

为了探究Ni含量与温度对合金钢氧化腐蚀行为的影响, 对3.5%Ni、5%Ni和9%Ni钢在540 ℃高温水蒸气中的氧化行为进行了研究, 并与9%Ni钢在600 ℃高温水蒸气中的氧化行为进行了对比。采用非连续称量法测定其动力学曲线, 通过扫描电子显微镜(SEM)观察氧化膜形貌, 用能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)对元素成分和相组成进行了分析。结果表明, 在540 ℃氧化时, 3种合金钢的氧化动力学均符合抛物线规律;Ni含量增加, 氧化速率下降, 但有促进氧化膜脱落的倾向; 3种合金钢的氧化膜均由Fe₃O₄、Fe₂O₃和NiFe₂O₄组成, Ni元素增多可以促进产物中Fe₃O₄向Fe₂O₃转化。氧化膜分为两层, 层间存在孔洞; 内层富含NiFe₂O₄的尖晶石氧化物, 外层以Fe₃O₄和Fe₂O₃为主。温度升高时, 9%Ni钢的氧化速率提高, 氧化膜脱落时间提早; 表面氧化物形貌发生了改变, 从片状组织转化为颗粒状组织, 但温度升高并未改变9％Ni钢的氧化产物类别。     

Mn掺杂和还原氧化石墨烯复合对NiAl-LDHs超级电容性能影响

采用水热法制备了水滑石（layered double hydroxides,LDHs) NiAl-LDHs、NiMnAl-LDHs及其分别与还原氧化石墨烯(reduced graphene oxide,rGO)的复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线光电子能谱、拉曼光谱、电化学工作站对合成的材料进行了结构形貌和电化学性能表征,并研究了Mn离子掺杂和rGO复合对超级电容性能的影响。研究发现：Mn离子掺杂降低了LDHs的结晶度和片层尺寸,提高了分散性,降低了内阻,使倍率性能提高;与rGO复合后,导电性和比容量进一步提高,其中,NiAl-LDHs/rGO具有最高比电容,在1A/g时达1345F/g,在5A/g循环1000次后容量保持率为82.9%。