【摘要】：石墨烯,單原子厚度的新型二維碳納米材料,擁有著眾多特殊的優(yōu)點(diǎn),如超高的比表面積、快速的電子傳輸能力、優(yōu)秀的機(jī)械性能和力學(xué)性能、顯著的導(dǎo)熱性能、以及非凡的彈性性能,這些性能使得石墨烯成為一種非常具有潛力的材料,并且可以被應(yīng)用在各個(gè)工業(yè)方面。但是單純的石墨烯材料,由于在技術(shù)制備的過(guò)程中,容易形成堆疊和團(tuán)聚,所以石墨烯基復(fù)合材料的引入,既最大化地利用了石墨烯的性能,而又有著摻入化合物的自身優(yōu)勢(shì)。石墨烯基復(fù)合材料可以非常有效地利用于各個(gè)工業(yè)方面,如鋰離子電池、超級(jí)電容器、太陽(yáng)能電池、透明電極、電子晶體管、生物傳感檢測(cè)、氣體存儲(chǔ)等超多方面,收獲了非常豐富的性能結(jié)果。本論文基于石墨烯材料的超高比表面積、以及快速的電子傳輸能力等方面的特性,結(jié)合外來(lái)金屬氧化物顆粒、外來(lái)導(dǎo)電聚合物等制備出復(fù)合材料,以致用于工業(yè)凈水和超級(jí)電容器方面等應(yīng)用,進(jìn)一步提高設(shè)備的性能。主要的研究?jī)?nèi)容可以分成以下兩個(gè)方面。第一,根據(jù)文獻(xiàn)已報(bào)道的磁性-氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法,通過(guò)簡(jiǎn)單的EDC和NHS等試劑的超聲輔助合成,使得石墨烯邊緣的羧基和氧化鐵表面的氨基,形成超級(jí)穩(wěn)定的酰胺鍵,從而制備出了氧化鐵-石墨烯這種復(fù)合材料。該復(fù)合材料可以非常高效地去除水中的染料污染物,并且可以通過(guò)光照分解復(fù)合材料中已經(jīng)被吸附了的染料污染物,從而可以達(dá)到循環(huán)利用的創(chuàng)新點(diǎn)。之后對(duì)復(fù)合材料通過(guò)高倍透射顯微鏡、X射線(xiàn)分析、熱重分析、磁滯回線(xiàn)等手段,進(jìn)一步對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行表征。第二,針對(duì)石墨烯超高的比表面積以及超強(qiáng)的電子傳輸能力,通過(guò)與聚噻吩芘納米帶這種導(dǎo)電聚合物的原位還原反應(yīng),制備出的石墨烯/聚噻吩芘納米帶的復(fù)合材料應(yīng)用于超級(jí)電容器的電極材料中,實(shí)驗(yàn)證明,這種復(fù)合材料的最大創(chuàng)新點(diǎn)在于石墨烯片層的形貌受到聚噻吩芘參與量的宏觀調(diào)控影響,聚噻吩芘的量占的比重越大,石墨烯的形貌被調(diào)控和改變的越多,同時(shí)復(fù)合材料的電容值也就越穩(wěn)定,減少地越慢。本實(shí)驗(yàn)既利用石墨烯的特性,又利用了聚噻吩芘超高的比電容值的優(yōu)點(diǎn),既制備出了創(chuàng)新的結(jié)構(gòu),又更加充分地利用各個(gè)參與化合物的特性,是一種非常有潛力的超級(jí)電容器電極材料。
[Abstract]:Graphene, a new type of two-dimensional carbon nanomaterials with monoatomic thickness, has many special advantages, such as ultra-high specific surface area, fast electron transport capacity, excellent mechanical and mechanical properties, and remarkable thermal conductivity. And extraordinary elastic properties that make graphene a potential material and can be used in various industries. However, pure graphene materials are easy to form stacking and agglomeration in the process of preparation, so the introduction of graphene matrix composites not only maximizes the use of graphene properties, but also has its own advantages of doped compounds. Graphene-based composites can be used effectively in various industries, such as lithium-ion batteries, supercapacitors, solar cells, transparent electrodes, electronic transistors, biosensor detection, gas storage, and so on. Very rich performance results have been obtained. Based on the characteristics of high specific surface area and fast electron transport ability of graphene materials, the composites were prepared by combining foreign metal oxide particles, external conductive polymers, and so on. As a result of industrial water purification and supercapacitors and other applications, further improve the performance of the equipment. The main research contents can be divided into the following two aspects. Firstly, according to the preparation methods of magnetic-graphene oxide composites reported in the literature, the carboxyl groups on the edge of graphene and the amino groups on the surface of iron oxide were synthesized by ultrasonic assisted synthesis of simple reagents such as EDC and NHS. The Fe _ 2O _ 3-graphene composite was prepared by the formation of super-stable amide bond. The composite can remove dye pollutants from water very efficiently, and it can decompose the dye pollutants that have been adsorbed in the composites by illumination, thus the innovation of recycling can be achieved. The composites were further characterized by means of high power transmission microscope, X-ray analysis, thermogravimetric analysis, hysteresis loop and so on. Second, the in-situ reduction of graphene with polythiophene-pyrene nanoband was carried out through the in-situ reduction of graphene with ultra-high specific surface area and ultra-strong electron transport capacity. Graphene / polythiophene pyrene nanoband composites were used in electrode materials of supercapacitors. The biggest innovation of the composite is that the morphology of graphene layer is influenced by macroscopical control of polythiophene pyrene participation. The larger the proportion of polythiophene pyrene, the more the morphology of graphene is regulated and changed, and the larger the proportion of polythiophene pyrene is, the more the morphology of graphene is regulated and changed. At the same time, the more stable the capacitance value of the composite is, the slower the decrease is. Both the characteristics of graphene and the high specific capacitance of polythiophene pyrene were used to prepare innovative structures and make full use of the properties of each participating compound. It is a potential electrode material for supercapacitor.
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TQ127.11;TB33

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