石墨烯复合功能材料及其在重金属离子检测的电化学研究与应用

石墨烯(GR)是典型的单原子碳纳米材料,具有独特的二维共辄平面结构,其高活性的比表面积和突出的导电性能,在电催化和敏感材料制备领域已得到广泛的应用。氧化石墨烯(GO)作为GR的前驱体,存在大量的含氧官能团,具有良好的水溶分散性。大量GO含氧官能团的介入会破坏其K-7T共辘结构,导致其电学性能变差。GO通过化学、水热合成或直接电化学还原方法可有效修复其共辄平面结构,得到导电性良好的还原氧化石墨烯(rGO),即GR.单组分的GR材料在实际应用中仍存在某些局限性,如电学活性相对较弱,与其它材料加工复合性能较差等。将GR、G O材料与其它功能材料进行复合,可进一步改善复合物的物理或化学性能,如分散性、加工修饰和电催化活性等。综述了石墨烯材料与金属及其氧化物纳米粒子、聚合物、掺杂原子、导电离子液体、碳纳米材料等功能材料复合后,能形成可调控的微结构,具有改性的化学性质和协同发挥的电学效应,表现出显著的电子传递能力及其功能性作用。论述了GR功能化修饰的复合材料作为敏感界面,构筑基于重金属离子检测的电化学生物传感器,可以实现对Pb2+,Hg2+,C『+等多种重金属离子的同时或分别检出,提出了GR复合制备材料的纳米结构特征、功能修饰作用对于提高传感器的电催化活性和选择性性能等方面的应用,并对该研究领域进行了总结与展望。     

碳掺杂石墨烯同时检测重金属铅和镉

物理超声方式制备的碳黑掺杂的石墨烯复合材料具有优异的导电性,掺杂的碳黑分散在多层石墨片层,阻止石墨烯片层团聚,有效地改善了石墨烯在溶液中的分散性。研究发现,碳黑掺杂石墨烯修饰传感器利用溶出伏安法同时检测重金属元素铅和镉含量的过程中,在8～1000 nmol/L浓度范围内,该传感器线性相关性好,检测限低(铅:0.6μg/L,镉:0.5μg/L),抗干扰强,重现性好。     

石墨烯及其复合材料在电化学领域的应用

石墨烯具有2D碳结构、高结晶度和电学性能,其出现开辟了材料科学和凝固态物理新的研究领域。本文综述了石墨烯的制备方法以及在电催化、电化学传感器、超级电容器、锂离子电池、太阳能电池等电化学领域的应用。     

利用石墨烯去除水中重金属污染

正据报道,中科院合肥院智能所的科研团队研发出一种利用石墨烯去除水中重金属污染新技术,它能快速、高效地去除水中钴离子,从而改善水质。大量实验证明,一种新型的氨基化氧化石墨烯纳米复合材料,这种新型材料可快速、高效地去除水中钴离子。利用这种新型的氨基化氧化石墨烯     

石墨烯及其衍生物在材料阻燃中的应用研究进展

石墨烯作为一种新型阻燃剂,因其绿色、环保等优点而被越来越广泛的应用于各种复合材料。本文综述了近几年石墨烯阻燃复合材料方面的相关文献,讨论并归纳了石墨烯及其衍生物单独使用、将石墨烯及其衍生物进行改性以及石墨烯及其衍生物与其他阻燃剂协同使用时对材料阻燃性能的影响,总结了石墨烯在聚合物阻燃应用中存在的不足,分析了石墨烯在材料阻燃方面的发展趋势。     

石墨烯类材料的应用及研究进展

石墨烯是碳原子以sp²杂化形成的单原子层厚度的具有二维空间结构的晶体,具有优异的力学性能、导电性能以及超大的比表面积,且耐高温和耐酸碱腐蚀,被认为是非常有潜力的新型碳材料.本文从石墨烯的特殊结构和性能出发,结合近几年国内外的研究发展现状,综述了石墨烯在生物材料、薄膜材料、催化材料、储能材料等领域的应用.对石墨烯类材料在实际应用中存在的一些问题进行了简单的分析,并对未来石墨烯在电子器件、复合材料等方面的发展进行了展望.     

石墨烯材料在重金属废水吸附净化中的应用

石墨烯材料具有较大的比表面积、良好的化学稳定性,近年来在环境污染物深度吸附处理方面的应用逐渐引起了人们的关注。本文综述了石墨烯材料在重金属离子的吸附处理方面的研究进展,包括普通石墨烯、氧化石墨烯、功能化石墨烯以及石墨烯复合物等材料;讨论了石墨烯表面功能化修饰对重金属离子吸附性能的影响;分析了各种材料的优点与缺点;提出了需进一步研究的问题,如石墨烯表面功能化修饰的结构-性能关系、石墨烯材料的循环使用以及石墨烯材料对痕量重金属离子的富集灵敏度等问题,指出合成选择性好、富集灵敏度高且可多次循环使用的石墨烯材料,在重金属废水的深度处理中将得到进一步应用。     

氧化石墨烯基材料在水处理领域中的应用研究进展

从氧化石墨烯独特的结构分析开始,解析了氧化石墨烯基材料对水体中金属离子及有机污染物的吸附机理,并重点介绍了氧化石墨烯及其复合材料在水处理中的应用研究现状和对水体中金属离子及有机污染物的吸附效果,以期为相关研究工作提供参考。     

石墨烯在聚合物基复合材料中的应用研究进展

介绍了石墨烯(GNs)/聚合物复合材料的制备方法(如溶液共混、熔融共混、原位聚合和层层组装等)、性能(如电性能、力学性能和热性能等)及其应用进展。最后指出了GNs在聚合物基复合材料应用中所存在的问题,并且对该复合材料的发展前景进行了展望。     

Polymer brushes on graphene oxide for efficient adsorption of heavy metal ions from water

The pollution of heavy metal ions in water poses a serious threat to human being and ecosystems. Here, we report polyamidoxime (PAO) brush grafted graphene oxide (GO) as a highly efficient adsorbent for extraction of toxic metal cations from water. Surface-initiated atom transfer radical polymerization was used to grow polyacrylonitrile (PAN) brushes on GO, followed by conversion of the nitrile groups in PAN into amidoxime groups, which had high binding affinity toward heavy metal cations. The PAO brush grafted GO demonstrated significantly fast adsorption kinetics and large adsorption capacity. At optimal pH 5, the PAO brush grafted GO can achieve maximum adsorption capacities of 116.7 mg g⁻¹ for Pb(II), 258.6 mg g⁻¹ for Ag(I), 192.2 mg g⁻¹ for Cu(II), and 167.9 mg g⁻¹ for Fe(III), which were significantly larger than those of small molecule functionalized GO. Mechanism analysis suggested that the enhanced adsorption performance was due to the myriads of functional groups in PAO brushes that were easily accessible to metal ions because of the swelling of the polymer brushes in water. © 2019 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2019 , 136, 48156.     

煤基石墨烯及复合材料在储能领域的应用

石墨烯及复合材料具有比表面积大、电导率高、导热性能和力学性能良好等优点,在电极材料、传感器、储氢材料等领域具有广泛的应用。但以高碳含量的天然资源煤为前体制备煤基石墨烯及复合材料达到煤炭清洁高效利用的研究目前报道有限,尤其是将其作为电极材料应用到储能领域的研究较少。本文重点总结了以不同煤质及衍生物为原料构建不同形貌和结构的煤基石墨烯及复合材料的方法以及存在的问题,详细介绍了煤基石墨烯及复合材料在储能领域,尤其是超级电容器、锂离子电池及钠离子电池领域的应用研究现状,最后提出了当前煤基石墨烯及复合材料的主要研究方向。该综述旨在为煤基新型石墨烯及复合材料的制备开发以及在储能领域的应用提供一定的思路。     

石墨烯、3D石墨烯及其复合材料的研究进展

石墨烯是由单层碳原子紧密堆叠而成的蜂窝状材料,具有比表面积大、传热性能好、导电能力强等优点,普遍应用于各个领域。但由于石墨烯使用过程中易团聚,导致其应用领域受限。石墨烯组装而成的3D石墨烯拥有更大的活性表面积等特性,近年来引发密切关注。与此同时,石墨烯、3D石墨烯改性成为当前探究的焦点。本文在介绍石墨烯、3D石墨烯的结构、性能及石墨烯制备的基础上,总结了3种复合材料的主要制备途径,并且分析了其合成方法的利弊。重点探讨了它们在锂离子电池、燃料电池的电化学催化剂及传感器中的应用,简述了复合材料优良性能产生的机理。提出在掺杂改性中应注意各元素掺杂量、掺杂比例、掺杂位点的确定等问题。最后指出了石墨烯、3D石墨烯及其复合材料的制备还面临不稳定、无法大规模生产、导电率低的瓶颈并对其在固态金属锂电池、透明电池、吸附材料等领域的发展前景做了展望。     

石墨烯复合材料的研究及其应用

综述了石墨烯复合材料的结构和分类,主要包括石墨烯-纳米粒子复合材料、石墨烯-聚合物复合材料和石墨烯-碳基材料复合材料,并简述石墨烯复合材料在催化领域、电化学领域、生物医药领域和含能材料领域的应用。     

A new functionalized reduced graphene oxide adsorbent for removing heavy metal ions in water via coordination and ion exchange

ABSTRACT

Heavy metal ion pollution has become a serious problem. In this paper, a new type of adsorbent, reduced graphene oxide grafted by 4-sulfophenylazo groups (RGOS), was synthesized to adsorb heavy metal ions in an aqueous solution via two kinds of adsorption modes, ion exchange and coordination. The maximum adsorption capacities of the RGOS for Pb(II), Cu(II), Ni(II), Cd(II) and Cr(III) were 689, 59, 66, 267 and 191 mg/g, respectively. Adsorption equilibrium time of RGOS for heavy metal ions is no more than 10 min. Adsorption mechanism was supposed based on elemental analyses, adsorption data, and Fourier transform infrared spectra.     

生物质基石墨烯复合材料的综述

近年来石墨烯因其优良的力学、电学、热学和光学等特性,在学术界备受广泛关注。石墨烯与生物质分子之间能够通过共价或非共价作用（氢键、π-π作用、静电作用等）进行复合。这些相互作用既增加了石墨烯在生物质中的溶解性或分散性,也可以提高复合材料的性能,从而拓展其功能。本文综述了石墨烯的制备方法及生物质基石墨烯复合材料的制备及应用,并展望了生物质基石墨烯纳米材料的前景及意义。     

Kevlar oligomer functionalized graphene for polymer composites

Kevlar oligomer functionalized graphene (FGS) was prepared by simple grafting of amino-terminated Kevlar oligomer on graphene oxide (GO) followed by reducing with hydrazine hydrate. The incorporation of FGS shows pronounced effect on the host polymers. High-level reinforcement of both PMMA and PI is observed with low content of FGS (≤0.2 wt %), in this lower loading range, the tensile modulus and strength of composites increase almost linearly as a function of the adding amount of FGS. But no further improvement is obtained as the content of FGS further increased (>0.2 wt %). The mechanism under the reinforcement effect against the FGS loadings is discussed based on the morphological characterizations of the composites. The thermal properties of the composites were also investigated. The glass transition temperature and thermal stability of PMMA were dramatically increased even with the addition of only a small amount of FGS.     

介孔金属有机框架材料吸附水中重金属离子研究进展

介孔金属有机框架材料（介孔MOFs）相较于传统吸附剂具有孔径大、孔隙率可调、比表面积大、官能团丰富,便于功能化改性修饰等优点,可高效地吸附水体中重金属污染物。本文介绍介孔MOFs的特性、合成策略及四种合成介孔MOFs的方法,重点分析四种方法的介孔形成机理及其所面临的问题,并将四种合成方法的优劣进行了比较。详述介孔MOFs吸附去除水中重金属离子、类重金属阴离子以及放射性金属离子的研究进展;介绍了介孔MOFs在吸附去除重金属离子方面的可重复利用性;阐述介孔MOFs吸附去除水中重金属污染物的作用机理。对介孔MOFs成本高昂、合成条件苛刻、回收利用难等问题提出了优化方向,指出提高介孔MOFs的水稳定性、易回收利用、简便绿色合成技术以及痕量去除将是未来的研究方向。     

氮掺杂石墨烯/碳纳米管/无定形炭复合材料制备及其电化学性能

碳基复合材料被认为是超级电容器广泛应用最有前景的电极材料之一。本文使用氧化石墨烯（GO）、硝酸钴［Co(NO₃)₂］、三聚氰胺为原料,利用钴对高温下热解碳源的催化作用,制备得到了氮掺杂石墨烯/碳纳米管/无定形炭（NC）复合材料,并测试了其电化学性能。探究了金属和三聚氰胺添加量对碳基复合材料结构和性能的影响,研究发现,在添加量分别为0.02mmol和0.3g时,制得的样品具有大比表面积（380.5m²/g）和高掺氮质量分数（6.29%）,并在三电极系统中体现出优异的电化学性能,电流密度为0.5A/g时样品的比电容为137.1F/g,5A/g时比电容为113.5F/g,保持率为88.5%,具有优异的倍率性能,在循环5000圈后样品的容量保持率为104%,具有良好的循环稳定性,这归因于三维结构可以加快充放电过程中的离子转移和氮掺杂可提高材料润湿性和贡献部分赝电容,为超级电容器电极材料的制备提供了理论借鉴。