石墨烯-聚酰亚胺复合薄膜的制备及性能表征

首先制备可均匀分散于N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)中的氧化石墨烯片(GO),将GO的DMF分散液与聚酰胺酸(PAA)的DMF溶液进行液相共混,然后流延成膜制得GO-PAA复合薄膜,最后将PAA进行热酰亚胺化处理,在此过程中GO被原位还原为石墨烯(GS),从而获得石墨烯-聚酰亚胺(GS-PI)复合薄膜.将具有不同石墨烯含量的复合薄膜样品分别进行热重分析及力学和电学性能测试.结果表明,随着GS含量的增加GS-PI复合薄膜的表面电阻率逐渐降低.使用1.0 wt%的GO制备的GS-PI复合薄膜的表面电阻率降至106Ω,此后趋于稳定.在GO不高于0.6 wt%的用量下制备的复合薄膜的拉伸强度和断裂伸长率可发生同步增加;至GO用量为0.6 wt%二者的增强都达到最高值.此后继续增加GS含量,拉伸模量持续提高,断裂伸长率出现下降.在实验涉及的范围内,复合薄膜保持良好的延展性和热稳定性.     

基于溶剂剥离石墨烯增敏效应的土霉素电化学检测新方法

以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为剥离试剂,通过超声剥离石墨制备出了石墨烯纳米片(GS),离心分离后,将GS固体重新分散在较低沸点的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,经挥发溶剂制备出石墨烯纳米片修饰玻碳电极(GS/GCE)。研究了土霉素的电化学行为,发现在GS/GCE上土霉素的氧化信号得到显著提高。优化了检测条件,建立了一种快速、简便测定土霉素的高灵敏电化学新方法,线性范围为5.0×10-8~1.0×10-6 mol/L,检出限为1.5×10-8 mol/L。将该方法用于尿液样品分析,结果准确。     

电弧放电法制备石墨烯的硝酸改性及其电化学性能增强

采用电弧放电法大规模制备了层数少, 导电率高, 结晶性好的石墨烯纳米片(GNSs). 通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)表征发现制得的石墨烯形貌良好. 然而电化学测试表明GNSs作为电极材料的电容性能不好. 为了增加材料表面电化学反应活性点, 促进GNSs在水系电解液中的润湿性, 我们对所制备的GNSs表面进行了硝酸改性处理. 结果显示硝酸处理后的石墨烯纳米片(H-GNSs)表面新增了较多的含氧氮官能团,其亲水性得到了显著提高. 对H-GNSs的电化学研究表明: 硝酸改性处理后的GNSs在2 mol·L^-1 KOH溶液中电流密度为0.5 A·g^-1时, 比电容可达65.5 F·g^-1, 约为改性前的30 倍; 此外, H-GNSs作为电极材料连续进行2000次充放电测试后还展示出了良好的循环稳定性, 是一种潜在的超级电容器电极材料.     

石墨烯分散液及其组装膜的性能

通过对比表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和聚乙烯醇(PVA)对石墨烯的分散能力,发现SDS可有效避免石墨烯片层之间的团聚,使得石墨烯在水溶液中分散得更加均匀.将浓度分别为0.39和0.30 mg/m L的石墨烯(G)和石墨烯片(GF)的SDS分散液旋涂在ITO电极表面制备出G膜和GF膜.透射电子显微镜和原子力显微镜观测结果表明,两类石墨烯膜均呈现出纱状透明的片状结构,同时具有石墨烯特有的褶皱.在石墨烯膜上继续进行钌配合物分子膜的自组装实验,得到G/Ru复合膜和GF/Ru复合膜.采用循环伏安法及紫外-可见吸收光谱法对石墨烯复合膜进行光电化学分析,结果表明石墨烯膜与钌配合物分子膜的复合可有效加强薄膜对太阳光的吸收.     

石墨烯/铂复合材料的制备及电化学性能研究

采用Hummers法制备氧化石墨,再超声分散于去离子水中形成稳定的氧化石墨分散液。分散液与氯铂酸溶液混合后,氧化石墨烯还原氯铂酸产生大量铂纳米粒子,铂粒子被牢固地锚在氧化石墨烯片上,最后将所得到的氧化石墨烯/铂复合物置于管式炉中在Ar/H2气氛中于800℃下热裂解制备出石墨烯/铂复合材料。形貌与纳米结构分析表明,氧化石墨已被彻底还原成石墨烯,铂纳米粒子均匀分散在褶皱的石墨烯纳米片间。电化学阻抗研究进一步揭示复合材料的电子转移阻抗明显小于石墨烯,呈示铂纳米粒子掺入石墨烯片层大大改善了导电性。石墨烯/铂复合材料应用于对苯二酚的电化学检测,检出限达1.6×10-7mol.L-1,这说明该材料具有优异的电催化性能。     

硅烷功能化石墨烯/硅树脂纳米复合材料的制备与表征

先用乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)和二甲肼改性并还原氧化石墨烯(GO),制备A-171功能化的石墨烯(FG).研究结果表明A-171与GO上的羟基发生了反应,以共价键连接到了石墨烯的表面;FG能在四氢呋喃中均匀分散并且剥离成厚度约为0.9 nm的单一片层,其干燥后表面呈褶皱状.然后将FG与双组分硅树脂用溶液共混法制备了FG/硅树脂纳米复合材料.运用X射线衍射、扫描电子显微镜、动态热机械分析、拉伸试验等手段分析了复合材料的形态与性能,结果表明,与未处理过的石墨烯相比,FG在复合材料中有更好的分散和更强的界面作用.含0.5 wt%FG的复合材料的拉伸强度较硅树脂提高了87.7%,玻璃化温度提高了23.9℃,失重5%时的温度也提高了20.1℃.     

咪唑基离子液体非共价修饰的石墨烯结构与分散性

在离子液体氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑(AmimCl)存在的条件下,利用水合肼对氧化石墨烯进行同步还原,制备了一种可稳定分散在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和乙酸丁酯等有机溶剂中的离子液体改性石墨烯(IL-G)。运用红外光谱(FTIR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、热失重分析(TGA)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)、X射线电子衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对制备的改性石墨烯进行结构性能测试,结果表明离子液体AmimCl与石墨烯之间存在π-π和阳离子-π的相互作用,能较好的吸附在石墨烯表面。TGA测试表明IL-G中离子液体的比例约为7.20wt%。同时,AFM结果显示改性石墨烯剥离在DMF中的平均厚度是0.962 nm。由于非共价改性石墨烯可再分散于DMF和乙酸丁酯中,通过紫外可见吸收光谱测得其最大分散浓度分别是1.69 mg·mL-1和1.12 mg·mL-1。     

疏水石墨烯水相分散液的制备及电化学性能

通过未添加表面活性剂和稳定剂而得到均匀的石墨烯水相分散液的方法,近来来成为研究的一大热点.本工作通过提高水合肼的用量,来替代表面活性剂或者其它稳定剂的作用,得到了良好的均匀的水相石墨烯分散液,可长期稳定存放,6个月内未发生团聚现象.其Zeta电位低于-32.5 mV(pH值为5.89),原子力显微镜和透射电子显微镜图像表明产物为具有褶皱结构的、六方晶系的单层石墨烯结构,厚度为0.38 nm.XPS分析显示这种方法对于除去羟基和环氧基团起到了有效的作用.利用这种分散液所制备的石墨烯-玻碳电极(GE-GCE)在检测抗坏血酸(AA)和尿酸(UA)时,比普通玻碳电极(GCE)显示出更良好的电化学响应.     

一种可分散性石墨烯的制备

先通过γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)与氧化石墨反应得到改性氧化石墨, 再经水合肼还原制备了改性石墨烯. 未烘干的改性石墨烯经超声处理后, 可稳定分散于体积比为9∶1的N,N-二甲基甲酰胺/水或丙酮/水的混合溶液中, 而且在N,N-二甲基甲酰胺/水体系中超声得到的改性石墨烯分散液可在乙醇、丙酮中稳定存在. 采用红外光谱、X光电子能谱及X射线衍射分析等手段研究了KH-550改性氧化石墨及石墨烯的结构. 结果表明, KH-550上的氨基与氧化石墨的羧基反应生成了酰胺键, 与环氧基发生了加成反应, 干燥的改性石墨烯层间通过Si-O-Si键连接在一起.     

超级电容器用石墨烯薄膜：制备、基元结构及表面调控

石墨烯薄膜是一种以石墨烯纳米片为基元结构的宏观体,通过合理的结构设计和表面修饰使其具有优异的电学、力学和热学性能,将在电化学储能、电子器件、健康和环保等领域具有潜在的应用。本文主要综述了从石墨烯基元调控到二维宏观膜组装以及石墨烯薄膜在超级电容器应用中的研究进展。主要介绍了石墨烯薄膜的简易制备方法,并详细介绍了通过对石墨烯基元的结构调控和表面修饰来优化石墨烯薄膜电化学性能的两大策略,最后对石墨烯薄膜应用所面临的挑战和未来的发展进行了总结与展望。     

Pd/石墨烯复合材料的制备及电催化甲酸和甲醇性能研究

通过电解高纯石墨棒的方法制备氧化石墨,将氧化石墨在超纯水中超声,形成稳定的氧化石墨烯分散液。以氧化石墨烯分散液和氯化钯作为前驱体,采用一步电沉积法制备Pd/石墨烯纳米复合材料。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及紫外可见分光光度计(UV-vis)对物质的表面形貌及物相组成进行表征分析。用循环伏安法(CV)和计时电流法(CA)研究了Pd/石墨烯催化剂对甲酸和甲醇的电催化氧化活性。结果表明:与纳米钯修饰电极相比,Pd/石墨烯修饰电极对甲酸及甲醇的电催化氧化活性有了极大的提高。     

原子转移氮氧自由基偶合反应制备聚苯乙烯改性的石墨烯

通过原子转移氮氧自由基偶合(ATNRC)反应制备了聚苯乙烯改性的石墨烯. 先将氧化石墨烯酰氯化, 然后与2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶-1-氧自由基(HTEMPO)进行酯化反应制备HTEMPO 修饰的石墨烯(Graphene-HTEMPO), 通过Graphene-HTEMPO 与原子转移自由基聚合(ATRP)方法制备的Br 封端的聚苯乙烯进行ATNRC 反应, 即可得到聚苯乙烯共价改性的石墨烯(Graphene-g-PS). 热失重分析结果表明聚苯乙烯的接枝率约为6.68 wt%, 从透射电镜照片中也可以明显地看到石墨烯表面的聚苯乙烯. 由于聚苯乙烯的共价接枝, 使得Graphene-g-PS 在氯仿、正己烷、甲苯、甲醇等有机溶剂中具有很好的分散性, 有利于石墨烯的进一步应用.     

SiC衬底上石墨烯的性质、改性及应用研究

大面积高质量石墨烯的制备及其改性对于纳电子器件相关研究有重要意义. 本文综述了近年来SiC衬底上石墨烯的相关研究, 包括外延法制备石墨烯、石墨烯与SiC衬底的作用机理、SiC衬底上石墨烯的改性方法以及外延石墨烯在器件等方面应用的重要进展. 目前, 外延法的工艺较为成熟且制备的较大面积石墨烯品质较好. SiC衬底和石墨烯之间的相互作用与衬底的表面原子种类、表面态、原子成键、钝化程度、电荷转移等密切相关, 其对石墨烯的电子能带、载流子种类产生明显影响. 实验与理论计算的结合可望加深对SiC衬底与石墨烯作用机理的理解, 并指导外延石墨烯改性及其在器件应用方面的进一步研究.     

石墨烯对Ni（OH）2超级电容器材料电化学行为的影响

研究了氧化缺陷石墨烯对Ni(OH)2电化学性能的增强作用.实验上,由恒电位沉积法在石墨烯基底上制备Ni(OH)2纳米粒子/石墨烯复合材料.TEM观察和电化学测试表明,Ni(OH)2纳米粒子均匀地分散在石墨烯基底上,其粒径为5.0±0.5 nm,体系的质量比电容值为1928 F.g-1.量化计算表明,上述复合材料乃是通过Ni(OH)2与石墨烯表面功能基团的强化学作用相结合而导电的,电子则是自石墨烯基底经氧化缺陷向Ni(OH)2传递,导致Ni(OH)2带负电,从而形成Ni(OH)2纳米粒子的单向导电行为.     

石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能

以苯胺和氧化石墨烯(GO)为原料, 采用电化学方法制备了石墨烯/聚苯胺(GP)复合材料. 利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱、X射线光电子能谱分析(XPS)对其结构、微观形貌进行了表征,并对复合材料电化学性能进行了测试. 结果表明, 复合材料保持了石墨烯的基本形貌, 聚苯胺颗粒均匀地分散在石墨烯表面, 复合材料在500 mA·g^-1的电流密度下比电容达到352 F·g^-1, 1000 mA·g^-1下比电容为315 F·g^-1, 经过1000 次的充放电循环后容量保持率达到90%, 远大于石墨烯和聚苯胺单体的比电容. 复合材料放电效率高, 电解质离子易于在电极中扩散和迁移.     

壳聚糖季铵盐改性石墨烯的制备及电化学性能研究

采用2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(HACC)通过非共价作用修饰氧化石墨烯,然后通过水合肼还原得到HACC改性的石墨烯(HACC-RGO).采用红外光谱、X射线衍射和场发射扫描电子显微镜对改性石墨烯进行结构和形貌的表征.通过热重测试分析HACC在改性石墨烯中的实际含量.分析对比不同改性石墨烯的zeta电位值,并通过动态光散射粒径仪研究HACC-RGO在不同p H值溶剂中的分散性及粒径大小.结果表明,HACC成功结合到石墨烯表面上并插入石墨烯片层间,得到的HACC-RGO在p H为2~9的水溶液中均能稳定分散,在水溶液p H值为7时分散粒径最小.随着HACC用量的增大,HACC在HACC-RGO中的含量增加,HACC-RGO在水中的zeta电位值也相应增加,而HACC-RGO的平均粒径却减小.通过循环伏安法研究HACCRGO的电化学性能,结果表明HACC-RGO具有较好的导电性,铁氰化钾在HACC-RGO/GCE上的还原峰电流随着HACC用量的增加而增大,氧化还原峰电流随着还原剂水合肼用量的减少而降低.     

Na~+插层与MWCNTs隔离对石墨烯结构调控及电容性能

利用水热法制备的还原氧化石墨烯(RGO)由于重新堆叠和团聚严重影响了其超级电容器性能.本文工作中,水热反应前在氧化石墨烯(GO)溶液中依次加入NaCl和多壁碳纳米管(MWCNTs),基于Na~+插层和MWCNTs隔离作用,可有效阻碍RGO片层的重新聚集,得到均一、分散的多级孔结构.对于RGO-Na-MWCNTs,其比表面积可达571.2 m~2·g~(-1),介孔和大孔比例也都得到了明显增加,这为电荷聚集和离子扩散提供了更多活性区域和扩散通道.纯离子液体系中(室温环境下),该优化的聚集结构使得RGO-Na-MWCNTs获得了较高的比容量245.6 F·g~(-1)(2 mV·s~(-1))以及优越的电化学性能.这种利用Na+插层和MWCNTs隔离的协同效应为制备可分散二维层状材料提供了实验基础,并促进了石墨烯基超级电容器的商业化应用.     

石墨烯-钙钛矿结构光电化学传感器的构建及测定土壤中稀禾啶

研究了土壤中稀禾啶在石墨烯(Gr)、钙钛矿(CH_3NH_3PbI_3)化学修饰导电玻璃(ITO)上的光电化学行为。将石墨烯分散液、钙钛矿前驱液旋涂在ITO玻璃表面制备光电化学传感器,以时间-电流法研究稀禾啶在ITO/Gr/CH_3NH_3PbI_3上的光电响应及其选择性。在pH为7.0的磷酸盐缓冲溶液,光电流值与稀禾啶的浓度在2.0×10~(-7)～2.0×10~(-5) mol·L~(-1)范围内呈良好的线性关系,检测限为8.0×10~(-9 )mol·L~(-1)。该方法具有成本低、操作方便,重复性好、灵敏度高,并可用于土壤中稀禾啶的光电化学检测。     

还原氧化石墨烯/碳纳米管/Co_3O_4三元复合材料的制备与电化学性能

将低温水热反应和低温热处理相结合,制备了含还原氧化石墨烯(RGO)、碳纳米管(CNTs)和Co3O4的三元纳米复合材料RGO-CNTs-Co3O4;利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜分析了合成产物的相组成和微观结构,分析了其形成过程;并利用电化学测试装置测定了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.结果表明,在合成反应过程中,氧化石墨烯被还原剂肼还原为石墨烯,同时在石墨烯和CNTs表面生成氢氧化钴;再经低温热处理得到RGO-CNTs-Co3O4三元复合材料.Co3O4纳米颗粒均匀分散在由RGO片层和CNTs组成的三维网络结构中;这种三维网络结构既有利于电子和离子的传输,又能够有效抑制Co3O4在脱嵌锂过程中因体积变化引起的结构破坏.总体而言,合成的新型三元复合材料具有高的比容量以及良好的循环性能与倍率性能.     

聚乙烯亚胺改性石墨烯载Pt催化剂的制备及其对甲醇的电催化氧化

以聚乙烯亚胺(PEI)改性的石墨烯(PEI-GNs)为载体,利用原位电化学还原法制备了功能化石墨烯载铂催化剂(Pt/PEI-GNs)。运用X射线光电子能谱、X射线粉末衍射、扫描电镜等对催化剂的组成、结构、形态进行表征,结果表明:实验成功制备了Pt/PEI-GNs催化剂,且PEI-GNs改善了Pt粒子的分散性和形貌。运用电化学方法考察了PEI-GNs对Pt纳米粒子电催化性能的影响,结果表明,相对于Pt催化剂,Pt/PEI-GNs催化剂表现出更高的催化活性和稳定性,这主要是由于Pt粒子在PEI-GNs载体上形成均匀分散的绣球状粒子及PEI-GNs良好的电子传递能力。