本文關(guān)鍵詞：三維石墨烯復(fù)合材料的制備及其應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 三維石墨烯 化學(xué)還原組裝 凝膠 模板 電化學(xué)電容器

【摘要】：石墨烯是一種性能優(yōu)良的二維納米碳材料,石墨烯及其復(fù)合材料是當(dāng)下材料學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。三維石墨烯是一種近年來得到廣泛研究的新型石墨烯衍生材料,采用一定手段將二維石墨烯整合成三維宏觀結(jié)構(gòu),不僅能夠保留二維結(jié)構(gòu)獨(dú)特的熱學(xué)、力學(xué)和電學(xué)性能,而且能夠獲得極大的比表面積和可控的多孔結(jié)構(gòu),進(jìn)而制備多功能石墨烯復(fù)合材料,并可進(jìn)一步拓寬其在催化、傳感、儲(chǔ)能、環(huán)境以及電子器件等領(lǐng)域的應(yīng)用。本論文首先采用改進(jìn)Hummers法制備了氧化石墨烯(GO),分別采用化學(xué)還原組裝法和模板法制備了兩種三維石墨烯復(fù)合材料,探究了其在吸附、油水分離和超級(jí)電容器等方面的應(yīng)用。主要內(nèi)容如下:(1)采用一種來源廣泛的生物基材料單寧酸(TA)作為還原劑,常壓下在90℃的水中TA能夠?qū)O還原為還原氧化石墨烯(rGO),rGO在范德華力、疏水和π-π相互作用下組裝成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的三維石墨烯水凝膠(TA-GH),該方法綠色環(huán)保,實(shí)現(xiàn)了常壓下三維石墨烯的溫和制備;采用冷凍干燥法得到了一種質(zhì)輕、導(dǎo)電、疏水的三維石墨烯氣凝膠(TA-GA),進(jìn)一步探究了三維石墨烯凝膠在吸附和油水分離方面的應(yīng)用。結(jié)果表明:反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、TA與GO的質(zhì)量比以及GO的濃度對(duì)TA-GH的宏觀形態(tài)影響較大;TA-GA微觀上是以不規(guī)則卷曲的石墨烯片層為骨架的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),BET比表面積高達(dá)136 m2/g,而且具有較好的機(jī)械性能,可承受自身質(zhì)量約15500倍的重物;三維石墨烯凝膠對(duì)染料、有機(jī)溶劑和植物油均具有良好的吸附性能,對(duì)羅丹明B、三氯甲烷和大豆油的吸附量分別高達(dá)0.378、20.6和23.8 g/g,同時(shí)其對(duì)有機(jī)溶劑具有快速、可循環(huán)的油水分離能力。(2)采用泡沫鎳(NF)為模板,結(jié)合電化學(xué)沉積技術(shù),一步沉積并還原GO得到了具有特定宏觀結(jié)構(gòu)的三維石墨烯泡沫電極(rGO-NF),通過改變沉積條件能夠?qū)崿F(xiàn)rGO層的可控制備,進(jìn)一步在rGO-NF表面沉積導(dǎo)電聚合物聚吡咯(PPy)可控制備了具有1層rGO/PPy的三維石墨烯/聚吡咯泡沫電極(rGO/PPy-NF),實(shí)現(xiàn)了三維多孔材料的比表面積大、石墨烯電化學(xué)穩(wěn)定性好和聚吡咯贗電容高的有機(jī)結(jié)合;并進(jìn)一步運(yùn)用交替沉積的方式分別制備了具有1至5層rGO/PPy的復(fù)合電極,考察了rGO/PPy的層數(shù)對(duì)其電容性能的影響。在沉積過程中探索了rGO和PPy的沉積條件,進(jìn)一步研究了rGO-NF、PPy-NF、rGO/PPy-NF以及具有不同層數(shù)rGO/PPy復(fù)合電極的電容性能。研究表明:沉積電壓、沉積時(shí)間、沉積物(GO、Py)濃度、電解質(zhì)(LiClO4、TsOH)濃度對(duì)rGO/PPy-NF的電容性能影響較大;rGO/PPy-NF具有較好的電容性能,在1 A/g的電流密度下其比容量可達(dá)171.9 F/g;rGO/PPy的層數(shù)對(duì)電極的儲(chǔ)能性能也具有較大的影響,rGO/PPy-NF-2L具有最好的電容性能,在1 A/g的電流密度下其比容量最大為193.4F/g,同時(shí)具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性,在3 A/g電流密度下循環(huán)10000次比容量可保存初始值的80%。
【關(guān)鍵詞】：三維石墨烯 化學(xué)還原組裝 凝膠 模板 電化學(xué)電容器
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11;TB33
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-22
• 1.1 引言8
• 1.2 石墨烯8-10
• 1.2.1 石墨烯的基本性質(zhì)8
• 1.2.2 石墨烯的制備方法8-9
• 1.2.3 石墨烯的應(yīng)用9-10
• 1.3 三維石墨烯10-14
• 1.3.1 三維石墨烯10
• 1.3.2 三維石墨烯的制備方法10-14
• 1.4 三維石墨烯的應(yīng)用14-19
• 1.4.1 催化材料14
• 1.4.2 傳感器件14-15
• 1.4.3 吸附凝膠15-17
• 1.4.4 電化學(xué)電容器17-19
• 1.5 本課題的目的意義及研究?jī)?nèi)容19-22
• 第二章 化學(xué)還原組裝法制備三維石墨烯凝膠及其吸附性能研究22-42
• 2.1 引言22-23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分23-26
• 2.2.1 試劑及原料23
• 2.2.2 儀器及設(shè)備23
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟23-24
• 2.2.4 結(jié)構(gòu)表征24-25
• 2.2.5 形貌表征25
• 2.2.6 吸附實(shí)驗(yàn)25-26
• 2.3 結(jié)果與討論26-40
• 2.3.1 復(fù)合材料的表征26-34
• 2.3.2 水凝膠TA-GH對(duì)染料的吸附能力表征34-37
• 2.3.3 氣凝膠TA-GA對(duì)有機(jī)溶劑和植物油的吸附能力表征37-40
• 2.4 本章小結(jié)40-42
• 第三章 模板法制備三維石墨烯/聚吡咯復(fù)合材料及其應(yīng)用研究42-58
• 3.1 引言42-43
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分43-46
• 3.2.1 試劑及原料43-44
• 3.2.2 儀器及設(shè)備44
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟44-45
• 3.2.4 結(jié)構(gòu)表征45-46
• 3.2.5 形貌表征46
• 3.2.6 電極的電容性能表征46
• 3.3 結(jié)果與討論46-57
• 3.3.1 泡沫電極rGO/PPy-NF的表征46-50
• 3.3.2 泡沫電極rGO/PPy-NF的電容性能表征50-53
• 3.3.3 不同rGO/PPy層數(shù)泡沫電極的電容性能表征53-55
• 3.3.4 三維石墨烯泡沫電極的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試55-57
• 3.4 本章小結(jié)57-58
• 第四章 主要結(jié)論與展望58-59
• 主要結(jié)論58
• 展望58-59
• 致謝59-60
• 參考文獻(xiàn)60-67
• 附錄: 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文67

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