氧化石墨烯/二氧化硅复合材料的制备及其在吸附领域应用研究进展

近十年来,氧化石墨烯(GO)基复合材料日益引起研究者的广泛兴趣,而氧化石墨烯和二氧化硅的复合材料是其中的一个研究热点.本文介绍了氧化石墨烯/二氧化硅(GO/SiO2)复合材料的制备及其在吸附领域的应用.其制备方法包括非共价键法和共价键法,在非共价键法中,包括阳离子表面活性剂法和二氧化硅表面改性法;在共价键法中,包括形成酰胺键(-CO-NH-)、硅酯键(-COOSi-)、碳氧硅键(-C-O-Si-).吸附领域的应用包括对重金属离子、有机物的吸附.最后,我们对氧化石墨烯/二氧化硅复合材料将来的发展进行了展望.     

三维还原氧化石墨烯的制备及超级电容性能

以氧化石墨凝胶制备的氧化石墨烯溶胶为前驱体,一步水热法制备三维还原氧化石墨烯,采用XRD、Raman、XPS、SEM和TEM对其结构和形貌进行表征;将其作为超级电容器的电极材料时,采用直接压片法制备工作电极,在三电极体系中测试了材料的超级电容性能.结果表明:经一步水热法对氧化石墨烯溶胶进行还原处理,可去除结构中大部分的含氧官能团,所得三维还原氧化石墨烯呈多孔网状结构,层数为3～7层;比电容在0.5A·g-1的电流密度下可达294 F·g-1,且在1A·g-1电流密度下循环1000次后仍高达247 F·g-1,保持率为88.85;;欧姆电阻Rs约为0.52 Ω,界面电阻Rc约为1.53 Ω.相对于热还原法和化学还原法所制备的石墨烯材料具有更好的超级电容性能.     

石墨烯及其纳米复合材料的制备与应用研究

石墨烯作为一种新兴二维碳纳米材料,具有完美的晶体结构和诸多优异的物理化学性能.石墨烯独特的电学、热学、光学和力学性能,使其在电子器件、导热材料、气体传感器、感光元件以及环境科学等领域具有广阔的应用前景.其潜在的实际应用价值,使石墨烯材料的开发成为当前最受关注的研究热点之一.本文从石墨烯的来源、结构、分类和基本性质出发,概述了石墨烯及其衍生物的制备方法及属性特征,进而介绍了石墨烯及其衍生物纳米复合材料在电子、材料、储能和环境等领域中的最新研究进展,并对石墨烯及其纳米复合材料的发展前景进行了展望.     

超支化聚合物对石墨烯的功能化研究进展

石墨烯高分子化在发展高性能聚合物基纳米功能材料方面备受关注.追踪近几年与超支化聚合物/石墨烯复合材料相关的文献,针对超支化聚合物对石墨烯的共价和非共价功能化改性方法进行了综述.将共价功能化细分为表面功能化和边缘功能化,以及非共价功能化分为通过π-π作用超支化聚合物吸附在石墨烯表面和通过疏水作用超支化聚合物对石墨烯的剥离这两种情况.并简单介绍了超支化聚合物功能化的石墨烯基复合材料的性能和应用,对其存在的问题和未来的发展方向进行了展望.     

氧化石墨烯分散液的流变性研究

以膨胀石墨为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨,使用超声分散法制备氧化石墨烯分散液.研究了固含量、pH值及柠檬酸钠的添加量对氧化石墨烯分散液流变性的影响.结果表明:随着固含量的增大,氧化石墨烯分散液由牛顿流体向假塑性流体转变;氧化石墨烯分散液在碱性范围内均有着良好的稳定性,等电位点在pH=6附近;柠檬酸钠的引入可以增大分散液的Zeta电位,降低分散液的粘度,并且在本研究中,适宜的柠檬酸钠的添加量为0.4;.     

热还原温度对氧化石墨烯电阻-温度特性的影响

Hummers法制备的氧化石墨在水中超声分散获得氧化石墨烯,再在不同温度下焙烧进行热还原获得不同还原程度的氧化石墨烯.以Ag-Pd叉指电极衬底为基底,采用沉淀镀膜法制备阻温元件.利用热重和差热分析(TG-DTA)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)和紫外可见光谱(UV-vis)对氧化石墨烯的热稳定性、官能团、结构缺陷和能带结构等结构属性进行表征.结果表明:随着还原温度由100℃提高到450℃,氧化石墨烯含氧官能团逐渐脱失减少,缺陷增多;禁带宽度减小,由3.04 eV减小到2.4eV;导电性增强,电阻由696.3 kΩ降至8Ω,表现出负电阻-温度特性.阻温元件样品的电阻随着测试温度的升高而降低,表现出明显的半导体行为,并且电导率与温度关系符合阿伦尼乌斯定理.     

石墨烯/Fe2O3纳米复合材料的制备及其储锂性能研究

采用软化学方法控制氧化石墨表面含氧官能团的数量,一步完成了石墨烯/Fe2O3纳米复合材料的控制合成.采用XRD和Raman光谱分析及TEM表征复合材料的组成、结构和微观形貌特征,并对石墨烯/Fe2O3复合负极的电化学储锂性能进行了研究.结果表明,石墨烯/Fe2O3复合材料作为锂离子电池负极材料具有较高的储锂容量和倍率性能,充放电循环性能稳定.在100 mA/g的电流密度下循环100次,可逆容量为606 mAh/g,放电效率保持在91;;在2 A/g下放电容量是其在250 mA/g下放电容量的58.2;.     

乙醇萃取酸性氧化石墨烯的研究

以改进的氧化还原法(Hummers法)制备的氧化石墨烯为原料,采用乙醇萃取法过滤酸性氧化石墨烯溶液使其恢复至中性.对比分析了与以往采用水剂法进行清洗的效果,并且进一步考察了乙醇浓度以及温度对萃取过程的影响.采用Zeta电位、场发射扫描电镜、X射线衍射仪以及pH值检测和重溶情况对萃取效果进行了表征和判断.试验结果表明:乙醇萃取法可以大大缩短酸性氧化石墨烯溶液恢复至中性的时间并且不改变其本身性能;当氧化石墨烯溶液浓度为1 mg·mL-1和0.5 mg·mL-1时,分别加入浓度为40; v/v和95; v/v乙醇,温度为60℃是最佳的萃取选择.     

气相捕获腔对石墨烯低压化学气相沉积形核生长的影响

基于石墨烯低压化学气相沉积技术,通过调控甲烷流量对比研究了传统生长腔和气相捕获腔中石墨烯在铜箔衬底上的形核生长特点.结果 表明,与传统生长腔相比,气相捕获腔能够将石墨烯的形核密度降低3个数量级,并促使石墨烯晶核快速长大.同时,气相捕获腔能够为石墨烯提供一个稳定的生长环境,有利于制备晶格完美的石墨烯晶畴,并为石墨烯晶畴的融合提供更多的有效活性碳原子,加速石墨烯晶畴之间的融合,提高石墨烯薄膜的质量.在此基础上分析了气相捕获腔对石墨烯低压化学气相沉积形核生长的影响机理.     

新型类石墨烯二维晶体材料——锗烯的研究获进展

<正>近日,中国科学院武汉物理与数学研究所曹更玉研究组与中国科学院物理研究所高鸿钧院士研究组合作,在新型类石墨烯二维晶体材料——锗烯的制备研究方面取得新进展,相关研究结果与中科院物理所以共同第一作者单位合作发表在Advanced Materials(2014,26,4820)杂志上。近年来石墨烯研究在世界范围内掀起热潮。到目前为止,研究人员已相继制备出碳元素构成的石墨烯和硅元素构成的硅烯,并探索其蜂窝状结构非同寻常的电子学性质。随着对石墨烯研究的不断深入,研究人     

氨基功能化磁性CoFe2O4/氧化石墨烯去除电镀废水中Cr(Ⅵ)的研究

使用改良的hummers法制备出的氧化石墨烯为载体,采用共沉淀法制备出磁性CoFe2O4/氧化石墨烯(MGO),再使用三乙烯四胺(TETA)对磁性CoFe2O4/氧化石墨烯进行氨基功能化,制备出氨基功能化磁性CoFe2O4/氧化石墨烯吸附剂.采用X-射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对TETA-MGO的物相、化学组成和微观形貌进行表征,以TETA-MGO作为吸附剂去除电镀废水中Cr(Ⅵ),探讨吸附性能和吸附机理,分析TETA-MGO在外加磁场下的液固分离和再生吸附性能.结果表明纳米级立方尖晶石相磁性CoFe2O4均匀生长于氧化石墨烯的表面和片层之间,TETA通过C-N键与磁性氧化石墨烯(MGO)相连,氨基功能化成功,活性吸附位点增点.室温下,pH =2时吸附效果最佳,吸附120 min时达到吸附平衡,平衡吸附量约为48.66 mg·g-1,TETA-MGO对Cr(Ⅵ)的吸附动力学和吸附热力学可分别使用拟二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型描述,吸附过程主要属于化学吸附控制的单分子层吸附,使用外加磁场可以对TETA-MGO实现简单的固液分离,TETA-MGO经过6次再生吸附后,对Cr(Ⅵ)的吸附量仅下降19.67;,说明具有良好的循环再生吸附能力.     

海洋防腐用氧化石墨烯/聚苯胺/二氧化钛的制备

以氧化石墨烯为模板,在酒石酸的存在下合成了水性氧化石墨烯/聚苯胺/二氧化钛复合材料.通过TEM、SEM、XRD和IR等设备对材料进行了表征,并采用光降解和电化学手段研究了复合材料的光催化和防腐性能.结果表明,酒石酸掺杂苯胺单体在氧化石墨烯纳米片层表面聚合获得氧化石墨烯/聚苯胺(G/P)层状结构,纳米二氧化钛均匀分散在G/P前躯体表面,形成水性氧化石墨烯/聚苯胺/二氧化钛(G/P/T)层状复合材料.罗丹明B光降解试验表明,复合材料具有良好的光降解效果,提高了金属材料耐生物腐蚀性能;G/P/T改性的环氧树脂则有效地改善了铝合金的腐蚀状况,将铝合金的自腐蚀电流从10-5 A/cm2降低至约10-11 A/cm2.     

化学气相沉积法制备的石墨烯晶畴的边缘刻蚀

通过对化学气相沉积法合成的六角形石墨烯晶畴进行H2刻蚀,发现在铜衬底上合成的六角形石墨烯晶畴具有两种与降温过程有关的边缘刻蚀模式,揭示了在化学气相沉积的降温过程中石墨烯晶畴边缘形态的改变.利用原子力显微镜对石墨烯晶畴进行观测,证明了在降温过程中石墨烯晶畴的边缘发生弯曲,并且下沉到铜衬底中.通过改变刻蚀温度对石墨烯晶畴进行H2刻蚀,发现石墨烯晶畴的边缘在降温过程中的形态改变增强了铜衬底对其的保护作用,能够在一定温度范围内避免晶畴边缘发生H2刻蚀,同时,证明了刻蚀温度在石墨烯的H2刻蚀过程中起着非常重要的作用,当刻蚀温度过高,铜衬底对石墨烯晶畴边缘的保护作用减弱,晶畴发生边缘刻蚀现象.本文首次证明了石墨烯晶畴的边缘刻蚀与化学气相沉积的降温过程和刻蚀温度有密切关系,进一步阐明了化学气相沉积法合成的石墨烯的生长和刻蚀机理.     

氧化石墨烯修饰碳糊电极循环伏安法测定铜离子

采用改进的Hummers法合成氧化石墨烯,利用挤压填充法将氧化石墨烯修饰到碳糊电极内,成功地制备了氧化石墨烯修饰碳糊电极并探讨了在此电极上铜离子的循环伏安行为.实验表明:石墨粉与氧化石墨烯材料配比为8∶1,底液pH值为3.0,扫描速率为120 mV/s测定铜离子时为最优实验条件,氧化峰电流与铜离子浓度在4.0×10-8 mol/L～ 1.0×10-3 mol/L范围内呈良好的线性关系,检出限为4.559×10-8 mol/L.氧化石墨烯修饰碳糊电极对铜离子的测定表现出良好的重现性与稳定性.     

石墨烯的晶畴尺寸及其电学和热学性质调控研究获进展

<正>晶界是化学气相沉积(CVD)方法制备的大面积石墨烯薄膜中普遍存在的缺陷。深入理解晶界对石墨烯的电学和热学性质的影响对发展基于石墨烯的电子、光电和热电器件具有重要意义。尽管目前对于单个晶界对石墨烯性质影响的研究较多,但宏观尺度上晶粒尺寸对石墨烯电学和热学性质的影响尚不清楚。其主要原因是基于传统的析出(镍基体)或表面吸附生长(铜基体)机制的CVD生长方法无法在大范围内调控     

硅藻土/纳米氧化锌/氧化石墨烯复合光催化材料的制备及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶与负压负载法结合,以硝酸锌为前驱物,无水乙醇为溶剂,聚乙二醇为分散剂,硅藻土为载体,制备硅藻土/纳米氧化锌,并与Hummers法制得的氧化石墨烯进行复合,得到硅藻土/纳米氧化锌/氧化石墨烯复合光催化材料,通过SEM、XRD、BET、IR对样品进行了表征分析,研究了硅藻土/纳米氧化锌/氧化石墨烯复合光催化材料的结构、形貌、孔径分布情况,氧化石墨烯的引入对光催化性能的影响.结果表明:硅藻土对纳米氧化锌的负载,采用负压负载方法优于普通负载方法,氧化石墨烯的质量分数为5;时,硅藻土/纳米氧化锌/氧化石墨烯复合光催化材料的2 h的光降解率达到最大值88.7;,比同时间的纯纳米氧化锌高出63;,比硅藻土高出83.3;.     

TiO_2/氧化石墨烯纳米复合物的制备及结构变化

为了探讨TiO2/氧化石墨烯纳米复合物的制备技术及产物结构的变化规律,采用微波法将钛酸丁酯引入季铵盐/氧化石墨插层复合物的层间域内,钛酸丁酯经原位水解在氧化石墨层间生成Ti(OH)4,再经焙烧处理制备TiO2/氧化石墨烯纳米复合物。采用XRD、SEM、FTIR和XPS对原料和不同阶段生成的产物的结构及变化、微观形貌、氧化官能团特征和化学键特点进行表征。结果表明,钛酸丁酯在原位水解过程中将氧化石墨剥离为氧化石墨烯;TiO2/氧化石墨烯纳米复合物中锐钛矿型TiO2的形成温度比纯TiO2的提高了约100℃;TiO2/氧化石墨烯纳米复合物中的TiO2和纯TiO2的平均晶粒尺寸都随焙烧温度的升高而增大,但前者的平均晶粒尺寸均小于相同温度焙烧处理的纯TiO2的;在TiO2/氧化石墨烯纳米复合物中氧化石墨烯与TiO2之间形成Ti-O-C键,并抑制了锐钛矿型TiO2的形成,而氧化石墨烯作为阻隔层则阻碍了锐钛矿晶粒的长大。     

硅藻土/TiO2/氧化石墨烯复合材料的制备及其光催化性能研究

本文以硅藻土为载体,硫酸氧钛为前驱体,在硅藻土表面原位水解形成二氧化钛纳米颗粒,后经氧化石墨烯修饰改性,得到硅藻土/TiO2/氧化石墨烯三元复合光催化材料.通过SEM、XRD、XPS、IR对样品的晶体结构、形貌及元素形态等进行了表征,研究了复合催化剂对罗丹明B溶液的光催化降解性能.结果表明,硅藻土/TiO2/氧化石墨烯三元复合材料在2 h的光降解率高达99;,比同时间的硅藻土/TiO2二元复合材料高出10;,比硅藻土高出73;,硅藻土作为载体有效的避免了二氧化钛颗粒的团聚,同时氧化石墨烯的高导电性能有效分离光生载流子,从而提高TiO2的光催化活性和反应效率.     

Ca修饰石墨烯储氢性能的第一性原理研究

使用基于密度泛函理论的DMol3程序包,研究了纯石墨烯和5种不同结构Ca修饰石墨烯的几何结构、电子结构和储氢性能.结果表明:Ca原子不同位置吸附对石墨烯结构影响微弱;随Ca原子周围氢分子吸附数目增加,费米能级处电子态密度值增大,氢分子平均吸附能减小;单Ca修饰石墨烯能稳定吸附6个氢分子,吸附能为0.635eV,储氢密度为2.77wt;;双Ca修饰石墨烯结构Ⅲ和Ⅳ的氢平均吸附能最高,分别达到0.789 eV和0.733 eV,其储氢密度为4.95wt;.     

抛光铜箔衬底上石墨烯可控生长的研究

本文报导以固态聚苯乙烯为碳源,经机械抛光和电化学抛光双重处理的铜箔为衬底,用CVID法进行石墨烯可控生长的研究结果.用光学显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、光透射谱、扫描隧道显微镜和场发射扫描电镜对生长的石墨烯进行了表征.研究发现经过抛光处理的铜箔由于其平整的表面和很低的表面粗糙度,在其上生长的石墨烯缺陷少,结晶质量高.而未经抛光处理的铜箔在石墨烯生长过程中,铜箔不平整的表面台阶会破坏其上生长的石墨烯的微观结构,在生长的石墨烯二维结构中产生高密度晶界和缺陷.还在双重抛光处理的铜箔上实现了石墨烯的层数可控生长,结果表明固态碳源聚苯乙烯的量为15 mg时可生长出单层石墨烯,通过控制固态源重量得到了1～5层大面积石墨烯.