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。     

低品位凹凸棒/壳聚糖气凝胶光热材料的制备及性能研究

太阳能光热产汽技术在海水淡化方面有着巨大的发展潜力和广阔的应用市场.介绍了一种黏土基光热材料的制备方法,将甘肃临泽的低品位凹凸棒(ATP)原矿经简单的分离提纯后与壳聚糖溶液复合,并加入戊二醛使其凝胶化,冷冻干燥干燥后通过火焰处理使其表面碳化,得到ATP基壳聚糖气凝胶光热材料(FACS).该材料具有孔道开阔、表观密度低(...     

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。     

石墨烯/卟啉复合气凝胶的制备与性能研究

石墨烯气凝胶既有石墨烯材料固有的柔性及优异的电学、力学性能,同时又具有高比表面积、低密度、大孔隙率等特点,其独特的三维结构有利于引入其他功能材料,从而赋予复合材料更为优异的性能。原卟啉分子具有高度共轭结构,并且与金属离子配位结合后可发挥催化功能。鉴于此,本工作利用原卟啉分子与石墨烯片层的π-π相互作用,在石墨烯气凝胶上组装一定浓度的原卟啉分子,从而制备了石墨烯/卟啉复合气凝胶材料。该方法工艺简单,容易操作。本工作分析了复合气凝胶材料的微观形貌和成分组成,研究了原卟啉分子的组装对石墨烯气凝胶导电性能的影响,以及石墨烯/卟啉复合气凝胶对硝酸根离子(NO₃^-)的检测作用。研究结果表明所制备的复合材料具有均匀的三维多孔结构,原卟啉分子的引入可以显著降低石墨烯气凝胶的电阻,而三维气凝胶结构可以有效地实现原卟啉与石墨烯的复合并实现对NO₃^-的灵敏检测。     

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%。     

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。     

石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备研究进展

碳纳米管和石墨烯分别是优良的一维和二维碳材料,它们体现出了一维和二维的各向异性,如导电性、机械性、导热性、透光性等。选择合适的方法制备出石墨烯/碳纳米管复合薄膜,它们之间可以产生一种协同效应,使其各种物理化学性能得到增强,因而这种复合薄膜在很多领域有着广阔的应用前景。综述了石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备新进展,详细阐述了石墨烯/碳纳米管复合薄膜的各种制备方法,并比较不同制备方法得到的复合薄膜的应用特点。     

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。     

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。     

多巴胺@氮化硼-碳纳米管/聚酰亚胺复合气凝胶太阳能蒸发器的制备与性能

利用太阳能蒸发器进行水蒸发是生产清洁用水的重要途径之一。为了提高聚酰亚胺(PI)气凝胶的太阳能蒸发性能,本文通过添加多巴胺改性氮化硼(PDA@BN)和羟基化碳纳米管(CNT),采用四定向冷冻干燥和亚胺化工艺制备了PDA@BN-CNT/PI复合气凝胶。研究了PDA@BN和CNT的加入对气凝胶的形貌结构、润湿性能、太阳能蒸发性能的影响。结果表明：PDA@BN-CNT/PI复合气凝胶不仅具有良好的亲水性和太阳能光热转换能力,而且其独特的低弯曲度管状结构促进了水在气凝胶内部的运输,提高了太阳能蒸发性能。该气凝胶在2 kW/m²光照下的蒸发速率为1.95 kg/(m²·h),并展现出优异的循环使用性能、化学稳定性和高效的污水净化能力。     

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。     

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。     

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。     

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-羧甲基纤维素复合气凝胶的制备及吸油性能评价EI北大核心CSCD

以氧化石墨(GO)为主要原料,并引入高分子羧甲基纤维素(CMC),采用水热还原结合冰模板的方法,经常压干燥和疏水改性,制备石墨烯-羧甲基纤维素复合气凝胶(HGA/CMC)。通过SEM、FT-IR、XPS、电子万能试验机等手段对该气凝胶进行表征,证明了GO与CMC的有效复合和疏水改性的成功。将HGA/CMC用于油品吸附,结果表明:HGA/CMC可利用其丰富的孔道结构吸附纯油品,对油品的吸附量在70.28~172.78 g·g^(-1),且油品密度越大,单位质量气凝胶可吸附的油品质量越大。此外HGA/CMC能选择性地吸附水上浮油、水底重油并高效分离水中乳化油,且通过机械挤压可实现HGA/CMC的循环再生利用,10次挤压再生后其吸附量仅损失15%,是具有应用潜力的含油污水治理材料。     

滴涂法制备石墨烯/碳纳米管复合薄膜及其表征

以化学气相沉积(CVD)法制备的石墨烯和碳纳米管的邻二氯苯分散液为原料, 采用滴涂法制备石墨烯/碳纳米管复合薄膜, 用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)对其形貌和结构进行表征。实验发现随着碳纳米管分散液浓度的增大, 复合薄膜结构中碳纳米管的面密度线性增大。利用紫外-可见光谱仪和四探针测试仪表征了不同碳纳米管浓度下复合薄膜的透光率及其薄层电阻, 结果表明: 随着碳纳米管浓度的增大, 复合薄膜的透光率及其薄层电阻都将减小, 当碳纳米管浓度为0.1 mg/mL时, 复合薄膜的透光率(550 nm)及其薄层电阻分别为92.18%和0.998 kΩ/□。实验通过调节碳纳米管浓度制备得到不同性能的石墨烯/碳纳米管复合薄膜, 该复合薄膜在透明电极、场效应晶体管和激光锁模等方面具有潜在应用。