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.     

石墨烯和硼氮类石墨烯对LiFePO4表面结构的改进及其电导的促进作用

利用密度泛函理论研究石墨烯和硼氮类石墨烯包覆对LiFePO₄ (010)表面结构和电导性质的影响. 结果表明包覆层和LiFePO₄ (010)表面之间的相互作用可以改善LiFePO₄ (010)表面的电导性能. 石墨烯包覆LiFePO₄ (010)表面后, 禁带宽度从3.3 eV减小到2.1 eV. 硼氮类石墨烯包覆LiFePO₄ (010)表面后, 虽然其价带顶和导带底仍由Fe的3d轨道贡献, 但禁带中出现两个间隔为0.6 eV的带隙态, 由硼氮类石墨烯与LiFePO₄(010)表面有直接接触并形成共价键的B原子和N原子贡献.     

负载纳米银复合微球制备及其催化性能

以具有温度和pH双重敏感性能的N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)共聚丙烯酸(AA) P(NIPAM-co-AA)高分子微凝胶为模板, 以乙醇为还原剂, 原位还原得到负载纳米银的微米尺度Ag/P(NIPAM-co-AA)复合微凝胶材料. 通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪和紫外-可见(UV-Vis)分光光度计等对复合材料的形貌、组成和催化性能进行表征. 研究结果表明, Ag/P(NIPAM-co-AA)复合微球具有均一的表面结构, 微凝胶的限域作用显著提高了纳米银的分散性和稳定性. 另外, Ag/P(NIPAM-co-AA)复合微球对对硝基苯酚(4-NP)的还原具有较好的催化活性, 且其催化活性与微凝胶网络结构的溶胀、收缩行为有一定关系, 即模板微凝胶的温敏特性可以实现对对硝基苯酚催化反应活性的调控作用.     

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℃.     

苯乙烯和N-乙烯基吡咯烷酮共聚物/Ag复合微球的制备及性能研究

首先用无皂乳液聚合法制备了单分散聚苯乙烯(PSt)乳液,以此为种子乳液,使用N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,过硫酸钾(KPS)为引发剂,进行苯乙烯和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)共聚合制备了以PSt为核、St和NVP共聚物为壳的具有核-壳结构的聚合物微球(P(St-NVP)).以此微球为模板通过化学沉积法得到了粒径分布均匀、单分散的P(St-NVP)/Ag复合微球.傅里叶红外光谱、X-射线衍射、扫描电镜、透射电镜、激光粒度仪和紫外-可见光谱对复合微球的结构、形貌、物相及催化性能进行了表征.结果表明,P(St-NVP)/Ag复合微球具有规则的球形结构,粒径在400～700 nm之间,随交联剂浓度或种子乳液浓度的增加,复合微球粒径减小.粒径在十几个纳米左右的银粒子均匀分布在微球表面和内部.载银复合微球在NaBH4还原4-硝基苯酚为4-氨基苯酚的模型反应中表现出较高的催化活性.     

石墨烯的制备、功能化及在化学中的应用

石墨烯是最近发现的一种具有二维平面结构的碳纳米材料, 它的特殊单原子层结构使其具有许多独特的物理化学性质. 有关石墨烯的基础和应用研究已成为当前的前沿和热点课题之一. 本文仅就目前石墨烯的制备方法、功能化方法以及在化学领域中的应用作一综述, 重点阐述石墨烯应用于化学修饰电极、化学电源、催化剂和药物载体以及气体传感器等方面的研究进展, 并对石墨烯在相关领域的应用前景作了展望.     

石墨烯基生物分子传感器件的第一性原理研究

基于第一性原理模拟, 我们构建了一种具有石墨烯电极的纳米间隙生物分子传感器件的理论模型. 研究发现,当碱基分子胞嘧啶、甲基化胞嘧啶和羟甲基化胞嘧啶分别通过器件时, 器件横向电流的大小差异约有1个数量级, 器件对此类分子具有一定的分辨能力. 分子之间的区分度大小受单链脱氧核糖核酸(DNA)中相邻碱基分子间的相互作用及碱基分子构型的影响. 研究工作表明, 此类石墨烯基分子传感器可准确高效地区分具有不同结构的碱基分子, 为准确定位DNA链中的变异碱基分子提出了一种新的思路.     

MoO3纳米带/RGO复合材料的制备及其电化学性能研究

以水杨酸为模板剂和还原剂,采用水热法制备得到了一种MoO₃纳米带/RGO复合材料。利用XRD、SEM、TEM、拉曼光谱、恒流充放电、交流阻抗等手段对样品的结构、形貌以及电化学性能进行表征。测试结果表明,MoO₃纳米带/RGO复合材料作为锂离子电池负极材料,在50mA·g^-1的电流密度下可逆比容量为1000mAh·g^-1,循环50次后比容量还保持在950mAh·g^-1,相比于MoO₃纳米带其容量保持能力和循环性能得到了显著改善。     

石墨烯/硫酸铅复合材料的制备及其在铅酸电池中的电化学性能

利用简单的浸渍法制备了石墨烯/硫酸铅复合材料,使得硫酸铅可以直接用作铅酸电池负极材料。该复合材料分别以100 mA·g^-1、200 mA·g^-1和300 mA·g^-1电流密度放电时,平均放电比容量分别可达到110、94和69 mAh·g^-1,而硫酸铅仅为49、5和0.5 mAh·g^-1,显示出复合材料在高倍率充放电下更好的比容量和再接受充电能力。循环伏安测试表明石墨烯的电容效应随扫描速率增大而增强,同时析氢也变得严重,使得复合材料在充放电过程中充电效率比纯硫酸铅低20%。在充放电过程中,石墨烯能够提高硫酸铅1倍以上的放电容量,并将充电电压提高0.1 V。XRD和SEM结果显示硫酸铅均匀分布在石墨烯片层上,没有出现团聚现象。     

三维连续结构Li4Ti5O12/石墨烯纳米复合材料:制备和其锂离子电池超长循环性能

利用具有三维连续纳米孔结构的热剥离石墨烯为骨架制备Li₄Ti₅O₁₂/石墨烯纳米复合材料。通过乙醇挥发法在热剥离石墨烯的纳米孔道内引入前驱物, 进一步高温热处理, 在热剥离石墨烯的孔道内原位形成Li₄Ti₅O₁₂纳米粒子。利用复合材料作为锂离子电池电极材料。电化学反应过程中, 热剥离石墨烯的三维连续结构确保了Li₄Ti₅O₁₂纳米粒子与石墨烯在长循环过程中的有效接触。因此, 复合材料表现出优异的循环稳定性。在5C下, 5 000次循环后, 其容量保持率高达94%。