石墨烯的制备、表征及其在吸声材料方面的应用

利用Hummers法合成氧化石墨,然后将其还原成导电性良好的石墨烯。重点介绍了低温反应时间、还原阶段的时间及溶剂的选择对产物电阻的影响,石墨烯的电阻越小,其还原效果越好。并用红外光谱及扫描电镜对石墨烯产物的官能团、微观结构进行表征。另外,将所得的石墨烯掺入聚合物高分子材料聚苯胺后制得的导电吸声薄膜材料,吸声效果明显提高。     

功能化石墨烯超级电容器电极材料的制备及性能

通过水热法制备氨基功能化改性石墨烯(NFG)和还原氧化石墨烯(RGO)。利用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对制备材料的形貌和结构进行表征;利用循环伏安法、恒电流充放电和电化学交流阻抗技术对NFG和RGO的超级电容器性能进行测试。在放电电流密度为1 A/g时, NFG和RGO分别在1 mol/L的H_2SO_4溶液中的比电容为307 F/g和134 F/g。经过2 000次循环充放电后, NFG和RGO的比电容分别为初始值的97.7%和95.5%,结果表明制备的超级电容器电极材料具有优异的充放电性能和循环稳定性。     

Efficient Preparation and Characterization of Functional Graphene with Versatile Applicability

Graphene, as star versatile materials having extraordinarily high electric conductivity, electron mobility, thermal conductivity, thermal stability, optical transparency, and mechanical strength, has attracted much attention from scientists and engineers in the field of materials, chemistry, physics, energy, and environment in the last decade and achieved fruitful accomplishment. This review discusses preparation strategies, functionality, characterization, and applications for two dimensional nanosheet and quasi-one-dimensional nanoribbon of graphene through direct exfoliation of graphite, chemical vapor deposition of hydrocarbon, laser-induced direct synthesis of graphene, laser etched graphene oxide in the dry state without the use of toxic reducing agent hydrazine, unzipping carbon nanotube, and polycondensation of polycyclic aromatics on the basis of 178 representative references mostly in 2015. The stabilization of graphene oxide prepared in chemical preparation in "top-down" is emphasized. Several vital classic methods of characterizing molecular structure, C/O ratio, defect, morphology, single-or few-layered (2 to 10 layers) structure, porous and hollow structures, including Raman spectroscopy, AFM, SEM, TEM, STM, electron diffraction, X-ray diffraction, and X-ray photoelectron spectroscopy are systematically introduced. Because graphene possesses novel incomparable multifunctionalities, its versatile applications as novel conducting additives, reinforcing filler, separation membrane, sensor, anticorrosive coating, catalyst, electromagnetic shield, lubricant, and flexible electrode materials in electrochemical and electronic devices, including photovoltaic cells, supercapacitors, rechargeable batteries, sensors, field effect transistors, light emitting diodes, separation membranes, adsorbents and absorbents, catalysts, electro-optic modulator, terahertz emitter and detector, and semiconductors, have been mentioned.Especially in the aspect of both high performance and cost-effectiveness, graphene is expected to be even superior to the expensive carbon nanotubes.     

S波配对的超导石墨烯/石墨烯/超导石墨烯结中的近邻效应

基于BCS理论,在紧束缚近似下,利用Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程,通过自洽计算,研究了具有S波配对的超导石墨烯/石墨烯/超导石墨烯结中的近邻效应.针对在超导部分和正常导体部分的费米能级匹配和不匹配两种情况,讨论了化学势对体系的局域态密度以及配对振幅的影响.研究表明,GSNS结构的近邻效应依赖于超导部分和正常部分的化学势匹配情况.     

二茂铁功能化石墨烯复合材料的制备及其电催化多巴胺性质研究

利用氧化石墨烯片边缘的羧基和表面的环氧基团共价修饰的方法制备了二茂铁功能化石墨烯的复合材料,通过FT-IR、TEM等测试方法对复合材料的结构和形貌进行了表征,二茂铁共价修饰石墨烯复合材料呈现出了良好的稳定性。我们进一步利用二茂铁功能化石墨烯修饰电极对多巴胺电化学催化性质进行研究,该修饰电极对多巴胺显示出良好的催化活性,并推测出可能的催化反应机理,当信噪比为3时,检测限达到0.01μM。     

氮掺杂石墨烯凝胶的制备与表征

为了拓展石墨烯凝胶在超级电容器方面的应用,采用氨水、水合肼作为还原剂和掺杂剂,通过与氧化石墨烯的水热反应制备了氮掺杂石墨烯凝胶,并采用X射线光电子能谱,元素分析、扫描电子显微镜对产物的结构与微观形貌进行表征,采用循环伏安法和计时电位法测试其电化学性能. 结果表明,在氧化石墨烯的水热反应体系中引入氮掺杂剂,不仅能得到具有三维多孔结构的有一定力学强度的凝胶,而且经过氮掺杂后石墨烯的电化学性能较纯石墨烯的有明显提高. 当扫描速率为10 mV/s时,氮掺杂石墨烯的比电容为196 F/g;当电流密度为1 A/g时,氮掺杂石墨烯的比电容达到217 F/g,当循环伏安扫描1 000圈后,电容保持率达到80%. 这表明氮掺杂石墨烯凝胶具有优异的电化学性能,在超级电容器方面有很好的应用前景.     

基于石墨烯增强效应电化学检测饮料中的柠檬黄

采用石墨烯作为敏感膜,提高了电化学传感器检测柠檬黄的灵敏度和速度。优化了检测条件:pH 5.0的磷酸盐缓冲溶液作为测定缓冲溶液,石墨烯用量为0.5mg.mL-1 5μL,富集电位和时间分别为0.6V和2min。在最佳条件下,检测柠檬黄的线性范围为0.05～0.5μg.mL-1,检测限为0.04μg.mL-1。应用新的传感器成功地检测了饮料中的柠檬黄,并对其结果与高效液相色谱法进行了比较。     

The use of graphene oxide membranes for the softening of hard water

Strong chemical interactions between the oxygen-containing functional groups on graphene oxide (GO) sheets and the ions of divalent metals were exploited for the softening of hard water. GO membranes were prepared and evaluated for their ability to absorb Ca²⁺ and Mg²⁺ ions. These GO membranes can effectively absorb Ca²⁺ ions from hard water; a 1 mg GO membrane can remove as much as 0.05 mg Ca²⁺ ions. These GO membranes can be regenerated and used repeatedly.     

聚吡咯/石墨烯复合水凝胶的制备与性能

先通过软模板法制备具有纳米管状结构的聚吡咯（PPy）,再以此PPy与氧化石墨烯（GO）为前驱物,通过水热法制备具有三维结构的聚吡咯/石墨烯（PG）复合水凝胶。研究了PPy用量对复合水凝胶的影响。利用扫描电子显微镜对其形貌进行表征,用循环伏安法和恒电流充放电法对复合凝胶的电化学性能进行了研究。结果表明,当m（PPy）∶m（GO）在1.5∶1到2.5∶1之间时,可以形成完整的PG复合水凝胶,复合水凝胶可承受自身重量约1 000倍的压力。PG复合水凝胶具有良好的电化学性能,当恒电流充放电测试的电流密度增加到20 A/g时,复合水凝胶的比电容仍然大于400 F/g。这些结果表明PG复合水凝胶在超级电容器领域有着较好的应用前景。     

石墨烯的制备及表征

为了得到高性能的石墨烯材料,采用水合肼、茶多酚与抗坏血酸3种不同的还原剂将氧化石墨烯还原制备得到石墨烯.通过红外光谱、X射线衍射、接触角对产物的结构进行表征,采用四探针法测试电导率,循环伏安法和计时电位法测试电化学性能.水合肼、茶多酚与抗坏血酸这3种还原剂都能有效地将氧化石墨烯结构中的亲水基团去除,得到疏水的石墨烯.通过比较3种还原剂制备的石墨烯的电化学性能,发现通过茶多酚还原得到的石墨烯的导电性能最好,当电流密度为3 A/g时,茶多酚还原得到的石墨烯电容性能达到609 F/g,保持率达到87.71%.这表明由茶多酚还原得到的石墨烯具有更为优良的电化学性能.     

一种氮掺杂的石墨烯量子点的制备及其光催化性能研究

石墨烯量子点是石墨烯中一种新型的碳基零维纳米材料,除了具备石墨烯本身的物理化学性质之外,同时拥有良好的生物相容性、稳定性、低毒性、光致发光等特性。报导了一种以多壁碳纳米管(MWCNTs)为碳源,通过改良的Hummers法氧化剥离制备石墨烯量子点(GQDs)的简单方法,所得到的GQDs样品具有很强的光电子性能。作为一种有效的增效剂,通过简单的湿浸渍法和肼还原法成功的合成了P25-R-GOQDs-N纳米复合材料。在可见光照射下,对有机染料罗丹明B(Rh B)进行光催化降解实验,相比于P25(商业化Ti O2),P25-R-GOQDs-N样品显示出更高的光催化活性,表明石墨烯量子点起到了关键作用。     

水热法制备氟化石墨烯

以石墨为原料,由Hummers法的改进方法制备氧化石墨烯,再采用水热法对氧化石墨烯进行氟化,获得氟化石墨烯。利用X射线衍射（XRD）、傅立叶红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）、原子力显微镜（AFM）对其结构和微观形貌进行表征。FTIR和Raman结果表明氟化产物的化学结构中存在C-F键,且D峰（1350 cm-1处）和G峰（1580 cm-1处）所对应的强度比ID/IG在氟化后明显变大,即氟化造成碳结构缺陷,规整性下降。AFM显示氟化石墨烯具有纳米层状结构,厚度约为4 nm。该法成本较低,工艺简单,易于控制,对设备要求不高,有望实现氟化石墨烯的大规模制备。     

石墨烯基双面神超浸润膜的制备及浸润性能

近年来,一侧亲水、一侧疏水的双面神膜由于具有特殊的性质而倍受关注.双面膜大多由亲水和疏水两种材料复合而成,但存在界面结合强度低且亲疏水转化不可逆等缺点.本文基于石墨烯膜制备出一侧亲水、一侧疏水且亲疏水状态可逆转换的双面神膜.首先,对氧化石墨烯(GO)/二苯醚体系进行高速剪切处理,得到GO/二苯醚"水包油"皮克林乳液,对...     

直接液相剥离法制备无缺陷石墨烯

石墨烯优良的物理和化学性能,使它日益得到广泛的关注.如何获得高质量高产量的石墨烯对石墨烯未来的开发和应用至关重要.直接液相剥离法制备石墨烯是一种有望实现高质量石墨烯量产化的方法.该方法是在一定介质中通过超声手段将石墨烯晶体从石墨中剥离出来,形成胶体溶液,从而得到石墨烯.通过剥离介质(溶剂及辅助试剂)的筛选可以有效地提高石墨烯的剥离效率.本文主要介绍近年来液相剥离法制备石墨烯的研究进展,讨论了在不同的剥离介质、剥离条件下制得的石墨烯的质量和产量.旨在为未来液相剥离法制备石墨烯的发展提供参考,开发更加有效的剥离体系,研究能够高效生产高性能石墨烯的新方法.     

石墨单层电子态的局域化性质

研究了无序石墨单层电子态的局域化性质、用单参数的标度理论和转移矩阵方法计算了系统的局域化长度.我们发现,当存在手征对称的情况下,在狄拉克点电子态是退局域化的,当手征对称性遭到破坏时,所有的电子态都将是局域的.     

海藻酸钠/氧化石墨烯复合水凝胶的制备与性能

为了研究氧化石墨烯（GO）对海藻酸钠（SA）凝胶性能的影响,以Ca2+与Fe3+作为交联剂,在SA水凝胶自组装过程中加入GO水溶液,一步法得到了海藻酸钠/氧化石墨烯（SA/GO）复合水凝胶。通过扫描电子显微镜与X射线衍射表征了所得凝胶的结构与微观形貌,测试了不同凝胶样品的平衡溶胀性能和力学性能。研究结果表明,Fe3+交联得到的凝胶结构相比Ca2+交联得到的凝胶更加紧凑,平衡溶胀性能降低较多;随着GO的加入,复合水凝胶的力学性能提升,平衡溶胀性能降低,这表明SA/GO复合水凝胶的性能可以通过选择合适的交联剂与GO用量进行调控。关键词:海藻酸钠;氧化石墨烯;复合水凝胶     

石墨烯／ZnO／聚苯胺复合材料的制备及其储锂性能的研究

以六水合硝酸锌、石墨及苯胺为原料,采用传统水热一原位聚合两步法首次制备了石墨烯／ZnO／聚苯胺复合材料．通过XRD、SEM、FT—IR、TG等分析方法对产物进行表征,并测试了该复合材料的储锂能力和循环稳定性．实验结果表明：ZnO以纳米棒状结构均匀分布在石墨烯表面,聚苯胺包裹在石墨烯／ZnO的表面形成石墨烯／znO／聚苯胺复合材料．电化学性能测试结果表明：石墨烯的存在可有效提高ZnO的导电性,同时聚苯胺柔性分子链可有效缓冲ZnO在充放电过程中的体积效应,对电极材料的循环稳定性起到了至关重要的作用．     

石墨烯基复合材料的吸波性能研究

石墨烯以其独特的结构和优异的性能而广泛应用于物理、化学及材料学等领域。石墨烯具有比表面积大、密度低、导电性好、耐高温和抗氧化能力强等特点,将其应用于吸波领域,即可增强材料的吸波性能,又可降低材料的密度,从而有望获得轻质高效的吸波材料。本文主要论述了近年来我们课题组将石墨烯基复合材料应用于吸波领域的研究。     

石墨烯化石墨/聚苯胺电极的制备及电容特性

通过电解剥落得到的表面石墨烯化的石墨电极(graphene layers/graphite plate, GL/GP)为基底,在硫酸介质中以苯胺为单体,采用循环伏安法(cyclic voltammetry, CV)制备了表面石墨烯化的石墨/聚苯胺(graphene layers/graphite plate/polyaniline, GL/GP/PANI)电极,并探究聚合圈数对GL/GP/PANI电极比电容的影响。利用场发射扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)对电极材料的形貌进行表征。在0.5 M H₂SO₄电解液中,对合成的电极材料进行循环伏安、恒电流充放电(chronopotentiometry, CP)和电化学稳定性测试。结果表明,在表面石墨烯化的石墨电极上合成的PANI具有棒状结构,电流密度为0.085 mA/cm²时, GL/GP/PANI电容器的比电容可达1 042.8 F/g。提供了一种新的超级电容材料基底电极的构建方式。     

高分散Pd/氧化石墨烯催化肉桂醛选择加氢

采用一种简单的方法制备氧化石墨烯负载Pd催化剂(Pd/GO),通过X射线衍射、激光显微拉曼光谱、X射线光电子能谱以及透射电子显徽镜等技术对催化剂的物化性质进行表征.结果显示,Pd纳米粒子在氧化石墨烯片层上高度分散.将Pd/GO用于肉桂醛的选择加氢,考察不同反应条件对肉桂醛转化率和苯丙醛选择性的影响.与文献报道的Pd基催化剂及商业Pd/C催化剂相比,Pd/GO在接近常温和常压的条件下仍然具有较高的催化活性,其基于Pd的转换频率高达1 426.0h-1,为商业Pd/C催化剂的24倍.