石墨烯气凝胶/环氧树脂复合材料的制备及导电性能

以氧化石墨烯为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了石墨烯气凝胶（GA）,然后通过超声混合的方式将GA与环氧树脂（EP）复合,制备了GA/EP复合材料。利用扫描电镜、N₂吸附测试、X射线光电子能谱和X射线衍射对GA的结构进行了表征,并研究了添加不同质量分数的GA对GA/EP 复合材料的热性能和导电性能的影响。结果表明,GA具有丰富的孔结构,其骨架是由石墨烯无规则堆积在一起形成的三维网格结构。经过高温热还原处理后,GA的比表面积增加到731.84 m²·g^-1,组成其骨架的石墨烯的层间距缩小至0.347 nm,且绝大部分的含氧基团已经被除去。DMA和电导率测试结果表明,随着GA质量分数的增加,GA/EP复合材料的玻璃化转变温度呈现先升高后降低的变化趋势,而其电导率则呈现逐渐增加的趋势,逾渗阈值在0.05%~0.3%之间。     

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.     

石墨烯/碳纳米管复合气凝胶制备及其光热蒸发性能评价

石墨烯作为一种二维碳基纳米材料,具有宽光吸收范围、高的比表面积、优异的导热导电性及机械性能,在光热转换应用方面具有良好前景。为进一步增强石墨烯的吸光性能,减少石墨烯片层间的团聚,引入一维的碳纳米管,采用简单的水热还原法制备了石墨烯/碳纳米管复合气凝胶三维光热材料,其比表面积显著增强、表面更加粗糙,且具有开放的微观孔道结构。扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)等表征发现,石墨烯与碳纳米管实现了有效复合。以紫外-可见-近红外分光光度计(UV-vis-NIR)对材料进行了光吸收能力评价,结果证明石墨烯/碳纳米管复合气凝胶在200～2 500 nm区间内吸光度可达92%。将复合气凝胶置于人工海水上进行光热蒸发评价,发现对人工海水的蒸发速率可达2.287 kg·m~(-2)·h~(-1),光热转换效率达96.88%,说明该石墨烯/碳纳米管复合气凝胶具有良好的光热转化性能,在海水淡化方面具有广阔的应用前景。     

轻质可压缩壳聚糖/石墨烯复合气凝胶的制备与性能EI北大核心CSCD

以石墨烯气凝胶(GA)为骨架,向其浇注壳聚糖(CS)醋酸溶液制备出多重网络结构的壳聚糖/石墨烯复合气凝胶(CGA),并探究了气凝胶的微观结构与性能的关系。采用扫描电镜、红外光谱、比表面积分析、热常数分析以及压缩性能测试等方法详细表征了材料的结构和性能。研究发现,杂化气凝胶丰富发达的孔洞结构赋予了材料轻质低密度的特性;多重网络结构的构筑,使材料具有良好的回弹性;CS与GA在界面上交联,使杂化气凝胶的压缩强度由10.02 kPa提高到99.83 kPa,弹性模量由19.75 kPa增加至244.66 kPa。这种有机-无机多重网络结构的设计,提高了GA的可压缩性,解决了GA压缩易破碎的问题。     

碳纳米管-石墨烯气凝胶的制备与性能

以混合均匀的碳纳米管(CNTs)-石墨烯(GR)分散液为前驱液,质量分数为3.0%的1788-聚乙烯醇(PVA)溶液为有机物黏结剂,通过冷冻干燥法制备了轻质、平整和易切削的CNTs-GR气凝胶。采用TEM、SEM、压缩试验机和比表面积测试仪等对样品的微观形貌结构和力学性能进行了表征。结果表明,CNTs-GR混合分散液的质量分数为3.0%、CNTs与GR的质量比为5∶3时,得到的气凝胶呈现不同尺寸等级的气孔且分布最均匀;PVA在气凝胶的形成中有效地抵抗样品收缩变形;固体物的质量与样品的密度严格线性负相关,满足y=-0.125x+106.26函数关系式;N2吸附脱附检测显示气凝胶的比表面积为138.77m2/g,介孔在气凝胶中占主导部分,平均孔直径为46.6nm,孔隙率可达97%;且样品的压缩过程出现了三个不同阶段的弹性变形,并能最终恢复到原始尺寸。     

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。     

石墨烯量子点/纤维素复合气凝胶材料的制备及其吸附性能研究

目的以石墨烯量子点为填充材料,纤维素为基体,制备石墨烯量子点/纤维素复合气凝胶。方法以原生木浆纤维为原料,氯化锌溶液为溶剂来溶解纤维素,以无水硫酸钠为成孔剂,石墨烯量子点为填充材料,经水洗固化、低温冷冻干燥制备纤维素气凝胶复合材料。利用扫描电镜、X射线衍射、红外光谱、吸附实验等研究气凝胶的微观结构和对甲基蓝的吸附性能。结果制备的气凝胶材料具有三维多孔结构,大孔较多,密度低,纤维素气凝胶的密度为0.113 g/cm^3,吸附率为5.85%;复合气凝胶的密度为0.116 g/cm^3,吸附率为11.22%。结论石墨烯量子点的加入改善了纤维素气凝胶对甲基蓝的吸附效果。     

多巴胺还原氧化石墨烯气凝胶的制备与吸附性能

石油和有机液体的泄漏对水体资源构成严重危害,带来不可挽回的经济损失。因此,高效的吸油及油水分离材料极具应用价值。以天然石墨为原料,通过Hummers法制备了氧化石墨烯(GO)。将定量氧化石墨烯水溶液与多巴胺(DA)溶液进行混合,利用多巴胺在水中的自聚合以及还原性能,在常压、较低温度(95℃)下经水热反应制备了绿色无污染的多巴胺还原氧化石墨烯水凝胶,再经冷冻干燥得到结构完好的三维结构的多巴胺还原氧化石墨烯气凝胶(DGA)。通过Raman、XRD、SEM、接触角对其形貌结构进行了表征。研究了气凝胶对不同油品的吸附性能,其最大吸附量可达66~120 g/g,是一种良好的吸附材料。     

羧甲基纤维素-石墨烯复合气凝胶的制备及吸附研究EI北大核心CSCD

在氧化石墨的基础上添加适量廉价的羧甲基纤维素,以一步水热反应成功制备羧甲基纤维素/石墨烯复合气凝胶(CMC/GA),并对CMC/GA进行官能团结构、微观形貌等表征分析。以水中亚甲基蓝(MB)为吸附对象,研究CMC/GA对水中MB的吸附能力和吸附机制。结果表明:温度越高,MB溶液的初始浓度越大,对吸附越有利;吸附等温线符合Langmuir模型,吸附体系的活化能为57.951 kJ·mol-1,表明CMC/GA对MB的吸附为单分子层吸附且属于化学吸附。MB的吸附动力学符合准二级动力学模型;内扩散模型表明,CMC/GA对不同浓度MB的吸附过程均分为大孔扩散和微孔扩散两个阶段且大孔扩散速率明显大于微孔扩散。     

各向异性壳聚糖/氧化石墨烯气凝胶的制备及吸附性能研究

通过定向冷冻干燥法制备了具有各向异性孔结构的壳聚糖(CS)/氧化石墨烯(GO)复合气凝胶(M.3CSG),以化学气相沉积工艺对其进行了硅烷化疏水改性,采用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、力学性能测试、吸附性能测试等手段对材料进行了表征测试。结果表明：M-CSG气凝胶具有各向异性的取向微孔结构,GO的加入提高了M-CSG气凝胶的力学强度。M-CSG气凝胶对多种油和有机溶剂均具有良好的吸附能力,对氯仿的最大吸附量可达62g/g,并在10次循环吸附-解吸后仍保持优异的吸附性能。M-CSG气凝胶作为一种可重复使用的绿色吸附材料在油品回收和环境保护方面具有很大的应用潜力。     

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。      

环糊精基石墨烯气凝胶的制备及其气体吸附性能研究

以氧化石墨烯(GO)为骨架,β-环糊精(β-CD)为交联剂,采用一步水热法成功制备了结构均匀的环糊精基石墨烯气凝胶(C-GAs)。采用比表面及孔径分析仪对样品的孔隙结构进行了表征,并进一步研究了其孔隙结构对二氧化碳(CO_2)、氢气(H_2)和甲烷(CH_4)气体的吸附性能的影响。结果显示,在β-CD∶GO的质量配合比为0.5∶1条件下,C-GAs拥有较高的比表面积537m~2/g和总孔容0.750m~3/g,显示了其极好的结构特性,在298℃,1.0Pa条件下,C-GAs对CO_2的吸附量达到44.73mg/g,对CH_4的吸附量达到6.82mg/g;在77℃,1.0Pa条件下,C-GAs对H_2的吸附量达到1.17mg/g,制备的C-GAs对CO_2具有较强的吸附能力以及良好的吸附选择性,且制备过程简单、绿色、安全。     

石墨烯气凝胶的制备及在污水处理中的应用

通过对石墨烯(GN)与石墨烯气凝胶(GA)的制备介绍,对目前GA在污水处理中的相关应用研究进行了叙述。综述了GA的吸附能力,以及在去离子电容技术(CDI)和GA作为催化剂载体的应用,并对GA在污水处理中的作用前景进行了展望。     

金属有机骨架/石墨烯复合气凝胶微球的制备

为提高金属有机骨架材料ZIF-8(Zn(Hmim)₂,Hmim=2-甲基咪唑)的性能及扩展其应用范围,以石墨烯气凝胶微球(rGOAM)为载体,将ZIF-8均匀负载于石墨烯片层上,制得ZIF-8/石墨烯复合气凝胶微球(ZIF/rGOAM)。首先通过静电喷雾结合热/微波还原得到2种多孔、疏水的rGOAM,然后采用原位生长的方法,在水溶液中使ZIF-8于石墨烯微球的片层原位生成,得到ZIF/rGOAM。通过表征2种不同还原方式得到的ZIF/rGOAM,结果表明ZIF-8能够均匀紧密地负载到石墨烯气凝胶微球上。而相比于微波还原,热还原的石墨烯气凝胶微球的还原程度更低,具有更多含氧基团,能够固定更高含量的金属离子,因此ZIF-8的负载量更高,得到具有更好性能的复合气凝胶微球。所得ZIF/rGOAM由于气凝胶微球的多孔性,提高了ZIF-8的利用率,在气体吸附、电极材料等方面具有很大的应用潜力。     

石墨烯基气凝胶的制备及应用进展

石墨烯基气凝胶(GAs)不仅具有超高的比表面积和孔隙率、高导电性、高比热容、低密度,而且还有优异的力学性能、稳定的化学性质,在超级电容器、催化剂载体、吸波材料等方面有广阔的应用。针对石墨烯基气凝胶的制备方法(如模板法、自组装法、3D打印法、溶胶-凝胶法等),以及在环境净化、能源及催化等领域的应用和GAs的发展前景进行了综述。     

高温热还原石墨烯气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽复合材料

以氧化石墨烯(GO)水分散液为原料采用简单的一步水热还原法制备了石墨烯水凝胶,通过定向冷冻和常规冷冻两种冷冻方法,冷冻干燥后制得了两种不同结构的石墨烯气凝胶,在不同温度下进行热退火处理,采用真空辅助浸渍回填法制备了不同结构热退火石墨烯气凝胶/环氧树脂复合材料.研究结果表明,在石墨烯含量仅为0.16％(质量分数)下,16...     

组氨酸功能化碳点/石墨烯气凝胶的制备及超级电容器性能

通过一步水热法制备组氨酸功能化碳点/石墨烯气凝胶(His-CDs/GA)。该材料具有独特的三维多孔结构、丰富的含氮和含氧官能团, 有利于电解液离子的快速扩散和提供更多的活性位点。当GO与His-CDs的质量比为2 : 1时, His-CDs/GA-2在1 A·g ^-1电流密度下比电容达到304 F·g ^{- 1}, 比GA(172 F·g ^-1)提高了76.7%; 当电流密度从1 A·g ^-1增加到50 A·g ^-1, 其比电容保持率为71.4%; 在电流密度10 A·g ^-1下, 循环充放电30000次后, 比电容仍保留93.5%。由His-CDs/GA组装的对称超级电容器展现出高能量密度(在功率密度为250 W/kg时, 能量密度达到10.14 Wh/kg)和良好的循环性能(在5 A·g ^-1下循环充放电20000次后, 比电容保持率为88.4%)。结果表明, His-CDs/GA是一种应用前景广阔的超级电容器电极材料。