微波辅助合成石墨烯/氧化镍复合材料及其表征

本文通过微波辅助的方法,快速而有效地在热膨胀石墨烯(RG)的缺陷上原位合成氧化镍纳米颗粒,形成石墨烯/氧化镍复合材料(RG/NiO)。利用X-射线衍射(XRD),拉曼光谱(Raman),傅里叶变换红外(FTIR),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),热重-差热(TGA-DSC)对所制备样品的结构、形貌和NiO含量在复合材料中的含量进行表征。结果表明,热膨胀石墨烯层数约7~8层,层间距约为0.35nm,缺陷多,在水热和微波处理后抗氧化性明显变差。复合材料中氧化镍颗粒平均粒径为25nm,均匀而密集地分散在石墨烯平面上,同时在复合材料中的含量为19.8%。     

介孔硅复合氧化石墨烯多孔材料的制备及其CO2吸附性能研究

以P123为模板剂,以TEOS为硅源,以氧化石墨烯为复合组分,采用溶胶-凝胶法和自组装法制备了具有较大比表面积的介孔硅复合氧化石墨烯三维多孔材料（MSM/GOs）,进一步通过物理浸渍聚乙烯亚胺（PEI）制备了固态胺吸附材料。利用扫描电子显微镜（SEM）、氮气吸附-脱附曲线、元素分析等方法表征复合材料的结构和形貌,研究了氧化石墨烯添加量对材料的比表面积和胺化效果的影响以及吸附温度对其吸附CO₂性能的影响。研究结果表明,氧化石墨烯的引入能显著提高介孔硅复合氧化石墨烯多孔材料的比表面积,当GO添加量为4.5wt%时,其比表面积可高达841m²/g。高的比表面积有利于提高材料的氨基含量。在30wt%PEI的物理浸渍胺化后,MSM/GO-4.5@30%PEI拥有最大含氮量（9.59wt%）和CO₂吸附量（1.70mmol/g）。得益于良好的多孔基体和有机胺的均匀分布,MSM/GO-4.5@30%PEI在不同温度下的吸附量较稳定,循环再生吸附后仍能保持初始吸附量的80%。动力学研究表明,准一级模型和Avrami模型均能较好地拟合其吸...     

石墨烯玻璃透明薄膜加热特性

Graphene has become a research focus in recent years owing to its excellent characteristics, and glass is a commonly used material with high transparency and low cost. Graphene glass combines the excellent properties of both graphene and glass; graphene glass has not only high thermal conductivity, high electrical conductivity, and good surface hydrophobicity but also exhibits superior electrothermal conversion and wide-spectrum high-light-transmittance characteristics. Therefore, the study of graphene glass films is of theoretical value and practical significance. In this study, a high-purity glass-based (JGS1 quartz glass) multilayer graphene film was developed based on an atmospheric-pressure chemical vapor deposition (APCVD) method, and its electrical characteristics, light transmittance, and electrical heating characteristics were experimentally investigated in detail. The results show that graphene glass with different surface resistance values obtained through direct growth on a high-purity quartz glass substrate using the APCVD method, not only has excellent uniformity and quality, but also has considerably flat and high transmittance across the entire visible light region and exhibits excellent heating performance and fast response time. For graphene glass with a surface resistance of 1500 Ω·sq^-1, the light transmittance can reach 74%, and the saturation temperature can rise to 185 ℃ by applying a bias voltage of 40 V. In addition, when the resistance value of the graphene glass is 420 Ω·sq^-1, the graphene glass reaches a high saturation temperature of 325 ℃ in 40 s, and the corresponding heating rate can exceed 18 ℃·s^-1, achieving a significantly higher heating rate than other heating films at the same voltage. Compared with the polyethylene-terephthalate- (PET-) based and silicon-based graphene films obtained by the transfer, graphene glass has a higher saturation temperature, shorter thermal response time, and faster heating rate. Furthermore, graphene glass exhibits better heating cycle stability and longer-term heating stability at a constant voltage. In addition, an experiment using the graphene glass to thermally tune the wavelength of a vertical-cavity surface-emitting laser was conducted and gave good results. The position of the laser peak controlled by the graphene glass was red-shifted by 1.78 nm by applying a voltage of 20 V, and the wavelength tuning efficiency reached 0.059 nm·℃^-1. Compared with PET-based and silicon-based graphene films, the actual electrical heating capacity of graphene glass increased by 195%. These experimental findings demonstrate that graphene glass transparent films with excellent electric heating characteristics can be used in various transparent electric heating fields and have relatively wide application prospects.     

石墨烯的功能与应用——规模制备和能源相关应用

<正>2004年曼彻斯特大学报道了首个具有明确结构的石墨烯材料1,其优异的物理化学性质引起了科学界和工业界的持续关注。经过十几年的探索,石墨烯的规模化制备和应用已取得了长足的进步,尤其是在能源存储和转化等领域展现出了广阔的应用前景。本专刊收集了国内部分科学家在相关领域的研究成果,分成两期在2022年第1期和第2期印刷出版。     

层间共价增强石墨烯材料的构筑、性能与应用

大批量石墨烯可控制备技术的逐渐成熟为实现其宏观组装和应用提供了基础。在众多的组装策略中,调节石墨烯层间的界面相互作用可以直接影响组装体的力学、电学、热学以及渗透等性质,具有重要的意义。石墨烯片层间以共价键连接的层间共价石墨烯材料以其可调的层间距、较强的层间作用力、丰富的功能化、以及可能的原子构型重排等特性,受到了广泛的关注和深入的研究。相比于其他非共价的键合手段,共价连接是一种更为牢固的枢纽。本文中我们将总结讨论层间共价石墨烯材料的构筑方法、性能以及应用。在构筑方法中,依据石墨烯本身的制备方法分为氧化还原法以及化学气相沉积法,而在氧化还原法中,以其宏观材料的形貌分为纸状和纤维状来讨论。接着,我们重点介绍了层间共价对其力学和电学性能的影响,并概述了此类宏观组装体材料的应用。层间共价石墨烯材料继承了石墨烯自身优异的特性,同时也具有宏观组装所赋予的性能,有望在多个领域得到广泛的应用。     

金纳米粒子/石墨烯量子点复合修饰电极检测NO_(2)^(-)北大核心CSCD

采用微波加热石墨烯量子点还原HAuCl_(4)的方法,制备金纳米粒子/石墨烯量子点(AuNPs/GQDs)复合物,并将其应用于构建具有高灵敏度的NO_(2)^(-)电化学传感器。由于GQDs大的比表面积和AuNPs良好的导电能力,合成的AuNPs/GQDs复合材料显著提高了NO_(2)^(-)的电化学响应。利用循环伏安法研究NO_(2)^(-)在AuNPs/GQDs修饰电极上的电化学性质,发现在电位1.22 V处出现一个明显的氧化特征峰,其氧化峰电流与NO_(2)^(-)浓度成线性关系,线性范围为1.0×10^(-7)~1.0×10^(-5) mol/L,检测限(S/N=3)为5.0×10^(-8) mol/L。将该方法应用于土壤中NO_(2)^(-)的检测,具有较好的准确度。     

激光诱导三维网状石墨烯的一步法制备及应用

三维多孔石墨烯作为一种优异的石墨烯碳材料, 其独特的多孔结构使得材料在具有较大比表面积的同时还保持着足够高的电子迁移率和机械稳定性, 在电子器件中得到了广泛的应用. 本文介绍的激光诱导石墨烯是一种以一步法直接制备得到的三维网状石墨烯材料, 该技术将三维石墨烯的制备和图案化相结合, 无需进行湿化学反应处理, 制作方法更简便, 材料性能更优异. 目前研究主要集中在通过掺杂提高性能和利用转移法实现不同基底器件的制备. 激光诱导石墨烯自身特有的属性如多孔微纳米结构和大的比表面积等使其在超级电容器和传感器等领域拥有较高的应用价值.     

Sc,Ti,V修饰B/N掺杂单缺陷石墨烯的储氢研究

3d过渡金属修饰是改善石墨烯储氢性能的最有效途径, 但仍存在金属团聚和H₂解离导致难以脱附的问题. 提出了B/N掺杂单缺陷石墨烯(BMG/NMG)的策略来避免以上两个问题. 密度泛函理论计算结果表明, N掺杂可以使Sc, Ti, V与石墨烯的结合能提高3~4倍, B掺杂可以将Sc与石墨烯的结合能提高3倍. Sc/BMG和Sc/NMG吸附的第一个H₂不会解离. Sc/BMG中Sc吸附5个H₂, 平均氢分子结合能为-0.18～-0.43 eV, 并且可以通过在同侧锚定多个Sc原子形成Sc/C₃B₂五元环增加H₂吸附位点. Sc/NMG中每个Sc吸附6个H₂, 平均氢分子结合能为-0.17～-0.29 eV, 还可以通过在异侧修饰形成Sc/N₃/Sc单元进一步提高储氢能力. 研究结果将为设计基于3d过渡金属修饰碳材料的储氢材料提供理论基础.     

基于CS-GO/AgNPs氯酚分子印迹电化学传感器的构建

以2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)为模板分子,吡咯(Py)为功能单体,协同壳聚糖-银纳米粒子氧化石墨烯(CS-GO/AgNPs)复合材料增强电导性,在玻碳电极(GCE)表面制备分子印迹膜,构建了2,4-DCP分子印迹电化学传感器(2,4-DCP-MIECS)并用于水环境中氯酚的特异性识别与检测。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)对GO/AgNPs复合材料进行分析表征,采用循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)对电化学传感器进行性能表征。采用差分脉冲伏安法(DPV)对2,4-DCP进行检测,该电化学传感器的线性范围为1.0～1.0×10~3pmol/L,检出限为0.1 pmol/L,该传感器已用于水样品中2,4-DCP的检测。