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。     

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。     

多晶铁纤维表面原位氧化及其微波吸收性能

利用气氛退火炉对多晶铁纤维进行表面原位氧化改性, 获得了表面包覆铁氧化物的多晶铁纤维复合结构。采用扫描电镜、X射线衍射仪观察和表征多晶铁纤维表面氧化前后的形貌和物相, 用微波矢量网络分析仪测试样品在8～18 GHz波段的电磁参数。分别以表面氧化改性前后的多晶铁纤维为吸收剂, 制备厚度为1 mm的吸波涂层, 采用弓形法测试涂层在8～18 GHz波段的反射损耗值。结果表明: 多晶铁纤维经表面原位氧化改性后在表面形成较均匀的铁氧化物, 从而能有效降低其复介电常数, 而复磁导率实部与虚部仍保持较高值。表面包覆铁氧化物的多晶铁纤维以20%填充量制得的吸波涂层, 在8～18 GHz频段的反射损耗优于-10 dB的吸收带宽可达4.5 GHz, 峰值达-25.38 dB。     

pH值对还原氧化石墨结构及电容性能的影响

以天然鳞片石墨为原料,利用改进的Hummers法制备氧化石墨(GO),再将GO经超声分散,在不同pH值条件下采用抗坏血酸进行还原,制备得到还原氧化石墨(r GO)。采用SEM、XRD、恒流充放电测试分析p H值对样品的微观结构和电容性能的影响。结果表明:所得样品为片层结构,层间距为0.348~0.366 nm。随着GO溶液pH值的增加,材料的首次放电容量和循环性能都呈现先增大后减小的趋势。在pH值为9的情况下,rGO的比电容量为141.6 F/g,经过500次循环,样品容量保持率仍能达到88%。     

基于滑轮结构的多孔氧化石墨烯强韧化聚丙烯酰胺水凝胶制备

以丙烯酰胺为单体,分别以多孔氧化石墨烯(HGO)和氧化石墨烯(GO)为交联剂,采用原位聚合法制备了多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶(PHH)和氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶(PGH)。结果表明,GO和HGO都能同时提高水凝胶材料强度和韧性;但由于HGO与高分子链形成的特殊贯穿结构,相对GO强韧化水凝胶, HGO强韧化水凝胶强度和韧性提高更明显: PHH断裂伸长率高达4 847%,相较于PGH提高了1.9倍,断裂韧性提高了95%。研究成果为聚合物基复合材料的增强增韧提供了一种新的力学模型并具有重要推广意义。     

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。     

氧化石墨烯对水泥基材料力学性能的影响研究

采用改进Hummers法和超声波分散法制备氧化石墨烯(GO)片层分散液,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪和热重分析(TGA)仪对GO-水泥砂浆复合材料进行表征,研究GO掺量与水泥砂浆复合材料抗压、抗拉强度的相关性,并从微观角度揭示GO掺量对水泥砂浆的调控机理。结果表明,GO最佳掺量为水泥质量0.1%,此掺量下复合材料的抗拉强度和抗压强度分别提高37.5%和77.2%。适量GO能促进水泥砂浆水化晶体生长,改变晶体尺寸和形状,实现对水泥砂浆微观结构的调控。     

预氧化提高Ti-48Al-2Nb-2Cr合金的抗热腐蚀性能

TiAl合金具有优异的高温性能,但在高温下的抗氧化性和耐腐蚀性较差,从而阻碍了其在工程中的实际应用。以Ti-48Al-2Nb-2Cr合金为研究对象,为其免受热腐蚀侵蚀,通过预氧化在其表面制备一层致密的保护膜,研究预氧化处理对Ti-48Al-2Nb-2Cr合金在Na_(2)SO_(4)(质量分数75%)+NaCl(质量分数25%)混合盐环境中的热腐蚀行为及氧化层组成和结构的影响。结果表明:经700℃氧化100 h后,预氧化试样的氧化增重仅有0.47 mg·cm^(-2);预氧化处理的Ti-48Al-2Nb-2Cr合金表面为多层氧化物结构,最外层形成了连续、致密的TiO_(2)层,并且氧化层与基体具有良好的结合力,从而有效阻止了熔盐向合金内部扩散,进而显著提高了合金的抗热腐蚀性能。因此,通过预氧化的方式可提高TiAl合金表面的抗热腐蚀性能。     

GO-ATP复合材料的制备及吸附性能研究

采用改进Hummers法联合超声剥离制备氧化石墨烯(GO),以GO和凹凸棒土(ATP)为前体物、壳聚糖为结合剂制备氧化石墨烯-凹凸棒土功能材料(GO-ATP),用FTIR、TEM、SEM及BET等对制备的材料进行结构表征。结果表明,GO-ATP表面分布有大量的褶皱和空穴,呈现近乎透明的形貌,说明壳聚糖改性凹凸棒的加入能够很好地阻止GO的团聚。对亚甲基蓝(MB)的静态吸附试验表明,GO-ATP能够快速吸附水中的亚甲基蓝,吸附符合二级动力学模型。     

氧化石墨烯的制备及其对黄药的吸附行为研究

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪及拉曼光谱仪分别对GO进行了表征;以其为吸附材料,探究了GO对正戊基黄药、正丁基黄药和乙基黄药在不同温度条件下的吸附行为。研究结果表明,GO对黄药的吸附符合Langmuir等温吸附模型,提高温度有利于GO对黄药的吸附,该吸附过程为可自发完成,属物理吸附。随着黄药碳链的增长,GO对黄药的饱和吸附量呈递增趋势,且吸附更容易发生。     

还原氧化石墨烯的应用研究进展

以片层石墨为初始原料,经氧化反应,在片层上掺杂氧等元素,形成活性基团,在还原剂作用下部分活性基团被还原为还原氧化石墨烯,破坏了石墨烯中部分碳碳共轭结构。还原氧化石墨烯改善了石墨烯层间的范德华力,保留了石墨烯的优良性能,是理想的功能填料。还原氧化石墨烯与过渡金属氧化物、聚合物等形成复合材料,石墨烯与聚合物之间有较强的界面作用,改善了材料的机械性能,具有优良的导电导热性、光电热转换功能,物化稳定性和生物相容性好,开展还原氧化石墨烯在储能、电子、吸附和光降解、检测、穿戴、防护等方面应用研究,意义深远。     

预氧化对煤液化沥青制备超级活性炭的影响研究

以神华煤直接液化沥青(CLA)为碳源,针对其熔点低、易形成液相炭化、不利于制备超级活性炭的难题,采用KNO3预氧化、KOH活化的方法,制备出比表面积超过3000m2/g的超级活性炭。利用扫描电镜(SEM)、低温氮吸附仪(BET)、红外光谱仪(IR)等多种手段对预氧化沥青、炭化沥青和活性炭产品进行了表征测试。发现预氧化可避免煤液化沥青在炭化过程中的相态变化,产生具有初级孔道、富含官能团活性点的炭化物,为制备超级活性炭奠定了物质结构基础。在m(KNO3)/m(CLA)为0~0.4之间,活性炭的比表面积随着KNO3的用量增加先增后减。在预氧化温度250~400℃之间,活性炭的比表面积随着预氧化温度的升高先增后减,拐点为350℃。在预氧化时间30~60min内,活性炭的比表面积随着预氧化时间的延长逐渐增大,超过60min,延长预氧化时间对活性炭比表面积基本无影响。     

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.     

抗电磁辐射碳纤维复合吸波材料优化设计与制备

基于Maxwell-Garnett模型,计算出短切碳纤维/基体复合材料的等效介电常数;利用传输线理论并采用遗传算法进行短切碳纤维/基体复合吸波材料的优化设计。结果表明:碳纤维长度为1.02 mm,碳纤维体积分数为30.80%,材料厚度为2.46 mm时,复合吸波材料在2~18 GHz的带宽(小于-10 dB)可达7.11 GHz;基于优化参数制备的短切碳纤维/环氧树脂胶复合吸波材料的实验测量结果与优化设计计算结果基本相符;短切碳纤维复合材料能实现介电损耗与电磁波干涉相消的协同作用,在8~18 GHz频段具有良好的吸波性能和应用前景。     

复合吸波剂增强铁尾矿水泥基吸波材料的吸波机理与制备方法

采用匹配厚度调控方法,制备出具有优良吸波性能的水泥基复合材料。 研究表明:铁尾 矿中含有的磁性组分能够显著提升水泥基材料的吸波性能;钢纤维与炭黑配置的复合吸波剂能够优化掺铁尾矿水泥 基材料的电磁损耗机制,并改善材料的阻抗匹配特性与损耗衰减特性;基于厚度调控方法,当钢纤维体积分数为 0. 25%、炭黑质量分数为 1. 5%时,制备出的 14 mm 厚度吸波材料,最小反射率达到-32. 16 dB,有效带宽占比 72. 3%。     

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。     

铁尾矿—钢渣基复合吸波材料的制备与性能研究

针对目前水泥基吸波材料带宽窄、吸收率低、而且制备成本高的问题,选用铁尾矿与钢渣固废资源为胶 凝填充材料,利用钢纤维作为吸波剂制得电磁波吸收复合材料。 采用矢量网络分析仪测定复合材料在 0. 1 ~ 5 GHz 范 围内的相对复介电常数与复磁导率,计算得到其电磁波损耗系数与反射率,并制备不同厚度样品分析了复合材料的 电磁波吸收机理。 研究表明:铁尾矿与钢渣中的磁性矿物相组分能显著提升材料的电导能力,影响电磁参数,提升介 电损耗与磁损耗能力;增加钢纤维吸波剂的使用量能够降低与之匹配复合材料的最小厚度,当铁尾矿、钢渣掺量分别 为 10%、30%,钢纤维体积比为 0. 5%时,制备出的 15 mm 厚度复合吸波材料最小反射率达到-46. 863 dB,有效带宽占 比 18. 8%。     

ZnS/ZnO/rGO复合材料的制备及其光催化性能研究

以醋酸锌、硫化钠为原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为改性剂,采用一步合成法制备了β-ZnS,再通过焙烧制备ZnS/ZnO异质结材料,然后加入一定量氧化石墨烯(GO)利用水热法成功制备了ZnS/ZnO/rGO复合材料。结果表明,在水热时间16 h、水热温度140℃、GO∶(ZnS/ZnO)质量比20%的条件下,所制备的ZnS/ZnO/rGO复合材料在可见光光照120 min内对亚甲基蓝的降解率可达80.3%。     

TiO2/GO复合材料的制备及其催化性能研究

采用改进Hummers法制备氧化石墨烯(GO),以钛酸丁酯为钛源,通过溶胶-凝胶法制备TiO2/GO纳米复合光催化剂.利用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线能谱(EDS)等对催化剂的结构、组成、形貌和粒径进行表征.将催化剂用于光催化降解甲基橙(MO)溶液,考...     

对苯二胺低聚物改性氧化石墨烯及其在超级电容器中的应用研究

为了获得用于新型炭基超级电容器的高比容量电极材料,本文以化学氧化法制备的氧化石墨 烯为原料、对苯二胺低聚物为改性剂,在溶剂热条件下制备了氧化石墨烯-对苯二胺低聚物的复合物。 通过紫外可见吸收光谱研究了对苯二胺低聚物的分子结构随加热时间的变化情况。 采用X射线衍射 光谱、扫描电镜、循环伏安等方法,对该复合物的结构、形貌、容量性能、循环稳定性等进行了表征。 结 果表明,对苯二胺低聚物可有效扩大氧化石墨烯的层间距,复合物呈紊乱堆砌态,其中60℃水浴加热 48h制备的低聚物改性氧化石墨烯的效果最为明显,其复合物的比容量可达453F/g,且经过600次循 环后比容量保持率在98%以上。 用该复合物制得超级电容器,以电极活性物质计,其能量密度为6.8 W·h/kg时,功率密度为516.3W/kg,且经1000次循环后比容量保持率在90%以上。 实验研究表明: 对苯二胺低聚物改性氧化石墨烯复合物在能源存储等方面具有潜在应用前景。