还原氧化石墨烯原位包覆纳米MnTiO3颗粒的简易合成及储锂性能研究

对于高能量密度的锂离子电池而言, 研究稳定、高容量负极材料的需求十分迫切。基于此, 本工作设计了一种简单有效的溶胶-凝胶法, 来合成高性能的被还原石墨烯氧化物原位包覆的MnTiO₃纳米颗粒(MnTiO₃@rGO)。合成的MnTiO₃纳米粒子分散均匀, 被少层的石墨烯包裹。由于还原氧化石墨烯的高电导率, MnTiO₃@rGO作为锂离子电池负极表现出优异的倍率性能, 在5.0 A·g^-1的高电流密度时, MnTiO₃@rGO展现出了286 mAh·g^-1的比容量。此外, 得益于MnTiO₃@rGO的多孔结构和柔性的还原氧化石墨烯外层, MnTiO₃@rGO负极具有显著的长期循环稳定性。在500个循环后, 比容量仍保持在441 mAh·g^-1, 仅损失了8.4%。结果表明, 该方法对提高金属氧化物负极的导电性和循环稳定性具有较高的应用价值。     

纳米银颗粒原位生长于氧化石墨烯银盐纳米复合材料的简易合成及其抗菌性能（英文）

可防治感染性疾病的先进抗菌材料一直是社会的重大需求。目前,各式各样含银纳米抗菌材料已被合成出来,并被认为可应用于许多商业产品领域中。然而,整合与创新基于纳米银的微/纳米结构,对于制备得到性能优异的抗菌剂仍颇具挑战性。基于此,利用简易的超声混合方法,成功合成了一类纳米银颗粒原位生长于氧化石墨烯银盐的纳米复合材料。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪、X-射线衍射分析仪和X-射线光电子能谱仪等现代分析手段对所得材料纳米结构进行了研究。结果表明,氧化石墨烯不仅可作为带负电荷的大分子捕获大量带正电的银离子,还可作为还原剂将银离子原位还原成纳米银粒子,由此得到了在氧化石墨烯表面同时含有均匀分散的纳米银粒子和银离子的杂化结构。这一先进结构使得所制备的纳米复合材料可充分利用银纳米粒子及氧化石墨烯银盐二者的优势,对金葡菌和大肠杆菌表现出强的抗菌活性和持久的抗菌能力,是一种高效的抗菌剂。     

具有高倍率性能的还原氧化石墨烯包覆MnO微球负极用于锂离子电容器（英文）

发展一种具有优异脱/嵌锂能力且存在稳定放电平台的负极材料是解决锂离子电容器(LICs)负极动力学性能较差以及提升循环稳定性的关键。本文通过溶剂热和热处理制备了一种还原氧化石墨烯(rGO)包覆MnO微球(～2μm)的复合材料(MnO/rGO)。电化学测试表明,MnO/rGO材料表现出较好的循环稳定性(在0.1 A g~(-1)的电流密度下循环110圈后比容量为846 mAh g~(-1))和良好的倍率性能(在6.2 A g~(-1)时比容量为207 mAh g~(-1))。通过对锂离子存储的动力学行为进行分析,表明赝电容性贡献对容量存储起主要作用。以MnO/rGO为阳极,活性炭(AC)为阴极组装的MnO/rGO//AC LICs,在10 350 W kg~(-1)的功率密度下,具有98 Wh kg~(-1)的高能量密度,并且在1.6 A g~(-1)的电流密度下循环5 000圈后容量保持率为71%。     

基于共价键作用的四氧化三铁-还原氧化石墨烯复合材料的合成及其储锂性能

采用溶剂热法制备单分散的Fe₃O₄微球, 对其表面进行包覆SiO₂和氨基化处理, 再与氧化石墨烯复合, 化学还原后得到Fe₃O₄-W-RGO复合材料。SEM和TEM照片显示, SiO₂均匀包覆在Fe₃O₄微球(直径~440 nm)表面形成Fe₃O₄@SiO₂核壳微球, 紧密束缚于RGO纳米片表面。XRD测试结果表明Fe₃O₄微球结晶度好、纯度高。电化学性能测试结果表明: 在0.01~3.00 V电压范围和0.1C倍率下, Fe₃O₄-W-RGO复合材料的首次放电容量为1246 mAh/g, 100次循环后保持830 mAh/g; 在2C倍率下放电容量达到484 mAh/g, 具有较好的倍率性能和循环性能。     

氧化石墨烯原位合成VC及其负载Pt氧还原催化性能

为了开发高性能燃料电池催化剂,研究以氧化石墨烯为载体和碳源合成VC及其负载Pt催化剂的合成、结构和催化氧还原性能。结果表明:氧化石墨烯可以作为碳源在氢气气氛下与V_2O_3原位合成VC,同时在氨气气氛下热处理还可以对其进行氮的掺杂,氮掺杂将其催化氧还原的起始电势提高了0.15V。石墨烯与氮掺杂VC负载Pt具有良好的催化氧还原性能,其峰值电流、起始电势以及循环寿命都超过了传统的Pt-C催化剂。     

氧化亚锰/石墨烯复合材料的简易合成及其高效储锂性能(英文)

在不添加锰源的情况下,将改进Hummers法制备的硫酸锰/氧化石墨烯悬浊液直接通过NaOH碱溶液原位沉淀形成四氧化三锰/氧化石墨烯复合物,并在氢气气氛下处理得到氧化亚锰/石墨烯复合材料。将该复合材料用于锂离子电池的负极材料,锂离子电池性能优良。在100mA·g-1电流密度下,其比容量达到870mAh·g-1,明显高于相同电流密度下氧化亚锰的比容量(456mAh·g-1)。即使在1600mA·g-1的高电流密度下,其比容量达390mAh·g-1。这种简单、高效的合成方法可为合成锰基氧化物和石墨烯的复合材料提供一种新思路。     

用于高性能硫化镉敏化太阳能电池对电极的硫化铜/还原氧化石墨烯纳米复合材料的合成（英文）

用一釜水热合成法制备了硫化铜/还原氧化石墨烯纳米复合材料,改变前驱体中石墨烯含量,得到具有不同石墨烯含量的纳米复合材料。所制备的纳米复合材料首先和聚偏氟乙烯粘结剂混合,再涂覆在SnO2 _(x-)Fx基体上,得到以CdS敏化TiO2为负极的量子点太阳能电池的对电极,并与传统的Cu2 S/Cu对电极进行比较。用场发射扫描电子显微镜、X-射线衍射、拉曼光谱、循环伏安和阻抗谱技术表征了纳米复合材料对电极的微观结构和性能。结果表明:硫化铜/还原氧化石墨烯纳米复合材料优于Cu2 S/Cu对电极。前驱体中石墨烯的含量显著影响了硫化铜纳米晶的化学计量比和形貌。当前驱体石墨烯含量在中等水平下,获得了具有更多供S2_(-x)离子还原的活性位的优化的硫化铜/还原氧化石墨烯纳米复合材料。以此优化的纳米复合材料为对电极制备的量子点太阳能电池在100 mW/cm2的光照强度下具有高的、稳定的和可重复的_(2.)36%的能量转化效率,高于用Cu2 S/Cu为对电极的能量转化效率。此性能的提升归因于硫化铜纳米晶和导电的还原氧化石墨烯之间的协同作用,还原氧化石墨烯充当共催化剂和导电促进剂,降低对电极的内阻并加快多硫化物的还原。     

氧化石墨烯水泥浆体流变性能的定量化研究（英文）

采用流变仪和激光共聚焦显微镜对不同氧化石墨烯(GO)掺量的新拌水泥浆体的流变参数以及浆体微观形态进行了定量化研究,并采用Modified-Bingham(M-B)模型和Herschel-Bulkley(H-B)模型对所测数据进行了拟合处理,提出了GO影响新拌水泥浆体的作用机理。结果表明,GO的掺入可以使新拌浆体中在减水剂作用下分散的水泥颗粒发生再次凝聚,形成重组絮凝结构,且随着GO掺量的增加,重组絮凝结构的数量越多,从而使得浆体流变性发生显著变化。一方面,新拌浆体的塑性粘度、屈服应力以及触变性随GO掺量的提高而显著增加。另一方面,GO的掺入提高了新拌浆体的临界剪切速率,使其在较大剪切速率下的流变行为仍然表现为剪切变稀;降低了浆体的剪切增稠程度,提高了浆体的稳定性。     

Mn_3O_4-石墨烯气凝胶的高效制备及其储锂性能（英文）

以改进的Hummers法制备的Mn~(2+)/氧化石墨烯悬浊液为原料无需添加锰源,采用水热法得到Mn_3O_4含量可调的Mn_3O_4-石墨烯气凝胶(Mn_3O_4-GA)。得益于石墨烯气凝胶相互连通的三维导电网络以及Mn_3O_4纳米粒子和其间的强烈的耦合作用Mn_3O_4-GA表现出了比Mn_3O_4-石墨烯粉末复合物(Mn_3O_4-G)更加优异的储锂性能其中Mn_3O_4-GA-70(Mn_3O_4含量为70%)在100 mA·g~(-1)的电流密度下其可逆比容量达到1073 mA·h·g~(-1),在800 mA·g~(-1)的电流密度下循环200次后其比容量为565 mA·h·g~(-1),保持率为85%。该方法为环境友好制备锰基石墨烯气凝胶提供新思路。     

苯酚存在下制备的还原氧化石墨烯水凝胶的电化学性能（英文）

在苯酚存在下,通过水热法制备了还原氧化石墨烯水凝胶(rGOHPhs),详细地对样品进行了表征并系统地研究了氧化石墨烯与苯酚的比例和水热处理温度对所得水凝胶电容性能的影响。结果表明,制备的样品都具有三维网络结构,与不存在苯酚时制备的水凝胶(rGOHs)相比,在优化条件下制备的rGOHPhs的比表面积(422 m~2 g~(-1)),但具有大的总孔体积,说明在制备过程中,苯酚既有还原作用还具有结构调节作用。以制备的水凝胶为电极材料,组装了对称电化学电容器并采用两电极法对其性能进行了测试。发现在1 mV s~(-1)的扫描速率下,材料的比电容可达260.0 F g~(-1),远大于rGOH的182.5F g~(-1);并且rGOHPhs具有良好的倍率性能和循环稳定性,在500 mV s~(-1)的电流密度下其比电容值仍达138.1 F g~(-1);经过12 000圈循环,仍可保留其初始电容值的98.3%。基于电极材料质量,在功率密度分别为0.125和16 kW kg~(-1)时,组装的电容器的能量密度可达8.9和2.0 Wh Kg~(-1)。这种发达的多孔网络归因于苯酚及其氧化产物醌吸附在rGO表面作为间隔和氧化还原对来提供赝电容。     

石墨烯纳米片的简易合成及其超级电容性能研究

以硫代氨基脲(CH₅N₃S)为还原剂, 通过还原氧化石墨(GO)制备了石墨烯纳米片(GNS)。利用XRD, FE-SEM, AFM和UV-Vis光谱对产物的结构和形貌进行分析, 并使用循环伏安和恒流充放电等测试手段来表征其超级电容性能。实验结果表明, 所制备的GNS具有良好的结晶状态, 并且在水溶液中具有良好的分散性。以GNS纳米片为电极材料, 在3 mol/L KOH电解质溶液中, 在500 mA/g电流密度测试条件下所得比电容量为75 F/g。而且GNS纳米片显示出了良好的电化学循环稳定性。     

四氧化三铁/石墨烯纳米复合材料的静电自组装制备及储锂性能

采用一种简单便捷的溶胶静电自组装技术,经高温煅烧还原制得四氧化三铁/还原氧化石墨烯纳米复合材料( FGCM).经X射线衍射技术(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析技术(TGA)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼(Raman)光谱、X射线光电子谱(XPS)及N2 吸附-脱附实验等方法对复合材料的结构、组成及形貌进行了表征.结果显示,粒径约7 nm的球状Fe3 O4 颗粒均匀紧密地分散在还原氧化石墨烯( rGO)褶皱状表面,从而有效地避免了Fe3 O4 颗粒的团聚.将制备的FGCM作为锂离子电池负极材料研究其锂电性能,由于Fe3 O4 和rGO两组分之间的协同效应,在100 mA·g-1的充放电流密度下,其首次放电比容量高达1 405 mAh·g-1 ,经100次充放电循环后其放电比容量仍高达663 mAh·g-1 .此外,复合材料亦呈现持久的循环稳定性与优异的倍率性能.研究表明,FGCM是一种集石墨烯和四氧化三铁的优点于一体的优良的锂离子电池负极材料.     

纳米炭在氧化还原液流电池中的应用（英文）

氧化还原液流电池(RFB)被认为是最高效的电网级大规模电化学储能技术,随着能源危机和环境污染的加剧,其引起广泛的关注。电荷传输性质是与储能装置的电化学性能有关的关键因素。通常通过调节材料形态和尺寸有效地减小离子的扩散距离,进而提高离子的扩散系数和电子的传递效率。纳米炭具有特殊的微结构和电子结构,并能呈现出众多奇异的物化特性,例如高离子电导、优异的导热性和出色的机械性能,其在电化学储能中起着不可或缺的作用。调控碳的微观结构是改善其电子和离子传输行为的有效策略。本文回顾了纳米炭在RFB中的功能,特别是着眼于电极(悬浮电极)和双极板(集电极)中使用的纳米炭材料的改性和设计,其可提高能量效率、功率密度和流动池的稳定性。希望对纳米炭材料在氧化还原液流电池中的应用进行更全面系统的介绍,可为高性能氧化还原液流电池的设计提供新的视角。     

原位制备还原氧化石墨烯增强环氧树脂基复合材料及其形状记忆性能

采用原位法制备不同含量还原氧化石墨烯(r GO)/环氧树脂(EP)复合材料。研究r GO含量对r GO/EP复合材料力学性能和形状记忆性能的影响。结果表明,通过溶剂热还原,填充到环氧树脂单体中的GO原位还原成r GO,并可均匀分散在EP基体中。该复合材料的拉伸强度、弹性模量和储能模量均随r GO含量增加呈先升后降态势,在w(r GO)=0.2%(相对于环氧树脂的质量而言)时相对最大;随着r GO含量增加,复合材料的玻璃化转变温度随之增加。当w(r GO)=0.6%时,玻璃化转变温度Tg相对纯环氧树脂提高约45℃,达到102℃,热稳定性显著提高。相应的复合材料具有良好的形状记忆性能,变形可以完全恢复,且r GO/EP复合材料相对纯环氧树脂具有更高的形状固定率与形状恢复温度。     

石墨烯及Ag/石墨烯纳米复合材料的原位合成

选择改进的H ummer方法制备氧化石墨烯;采用硼氢化钠和柠檬酸钠相结合的方法还原氧化石墨制备石墨烯及Ag/石墨烯纳米复合材料,采用拉曼光谱、TEM、SEM、UV-Vis、XRD、FTIR等多种测试手段对其表征,发现硼氢化钠可以还原氧化石墨烯中的边缘缺陷,柠檬酸钠可以剥离氧化石墨烯片层并使银纳米颗粒附着在石墨烯片层上,石墨烯层数较少且随着反应时间的延长,银纳米颗粒的尺寸也会逐渐增大.     

氧化/还原氧化石墨烯基纳米复合材料的研究

综述了以氧化/还原氧化石墨烯为基体的纳米复合材料的最新研究成果和应用进展.对石墨烯的氧化和脱氧化机理进行了介绍;着重阐述了石墨烯与金属、金属化合物和导电聚合物的纳米复合,包括纳米复合材料的制备方法、主要性能及应用前景,并对类似纳米复合材料的性能进行了归纳;最后,结合我国目前的实际情况对以石墨烯为基体的纳米复合材料发展中所面临的机遇和挑战进行了总结和展望.     

碳包覆的磷/石墨烯复合材料的制备及其储锂性能研究

以纳米黑磷和氧化石墨烯为原料,通过高温热处理的方法合成了碳包覆的磷/石墨烯复合材料,通过XRD、Raman、FT-IR、XPS及SEM对该复合材料进行表征。电化学性能测试表明,在100mA/g的电流密度下,制备的复合材料首次充电比容量为530mAh/g,循环50次后比容量仍然保持在492mAh/g,容量保持率为92.8%,表现出优异的电化学性能。     

原位石墨烯包覆金属复合颗粒的制备与表征

分别采用普通化学气相沉积(CVD)和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在镍粉体颗粒上生长石墨烯的方法,制备出原位石墨烯包覆镍复合颗粒。采用扫描电子显微镜、能谱仪及拉曼光谱仪对两种方法制备的原位石墨烯包覆镍复合颗粒表面石墨烯的形态、分布、结晶质量等特征进行较为系统的测试表征。结果表明,普通CVD法制备的石墨烯沿镍颗粒表面面内生长,较为均匀地包覆着镍颗粒,具有较多褶皱,且石墨烯结晶质量高,缺陷少;PECVD法制备的镍颗粒表面的石墨烯片经较小,呈散乱分布,结晶质量不高,含有缺陷较多。     

原位聚合法在石墨烯/聚合物纳米复合材料中的应用（英文）

石墨烯作为一种新型炭材料,2004年通过简单的机械剥离方法制备得到。而氧化石墨烯作为石墨烯的氧化状态,其基面和边缘上存在大量的含氧官能团,可以很好地分散在水中,因而具有很好的加工性和广阔的应用前景,引起了学界的广泛重视。原位聚合法作为一种常用聚合方法,被广泛应用于合成石墨烯/聚合物纳米复合材料。本文着重介绍了石墨烯及氧化石墨烯的定义、不同的制备方法、原位聚合法的基本原理,及其在石墨烯/聚合物纳米复合材料制备过程中的应用进展。