本文關(guān)鍵詞：三維石墨烯泡沫的制備及應(yīng)用研究

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【摘要】：本文系統(tǒng)開展了純石墨烯泡沫(GF)、石墨烯/鎳復(fù)合泡沫(rGO/NF)、石墨烯/二氧化錳/鎳復(fù)合泡沫(rGO/MnO_2/NF)的制備及形貌、結(jié)構(gòu)、基本性能的表征,同時(shí)研究了石墨烯泡沫在NO_2檢測和超級(jí)電容器方面的應(yīng)用。首先采用自組裝法制備純石墨烯泡沫,針對(duì)還原程度問題對(duì)制備工藝進(jìn)行了探討,結(jié)果表明:以氫碘酸和抗壞血酸同時(shí)為助劑進(jìn)行第一次還原,接著用水合肼進(jìn)行二次還原,得到還原程度較高的純石墨烯泡沫;然后對(duì)其進(jìn)行SEM、EDS、XRD、Raman、FT-IR表征,結(jié)果表明:該泡沫具有三維多孔結(jié)構(gòu),平均孔徑為3μm,結(jié)構(gòu)表征證明了石墨烯的成功合成;進(jìn)而對(duì)純石墨烯泡沫的導(dǎo)電性、力學(xué)性、疏水性、密度進(jìn)行了測試研究,結(jié)果表明:該泡沫導(dǎo)電率為0.91 S/cm,當(dāng)泡沫應(yīng)變是80%時(shí)抗壓強(qiáng)度是0.1 MPa,接觸角是127.23°,密度是1.8×10-3 g/cm3,輕到可以放在蒲公英上而不壓壞蒲公英。該泡沫對(duì)50 ppm的NO_2檢測靈敏度是0.85%,檢測極限濃度是24 ppm。以氧化石墨烯溶液和鎳泡沫為原料采用自組裝溶液法制備得到rGO/NF,研究了氧化石墨烯濃度和干燥方式對(duì)石墨烯在鎳泡沫上負(fù)載方式的影響,經(jīng)SEM、EDS、XRD、Raman、FT-IR表征手段的分析,證明了石墨烯與鎳泡沫能夠有效復(fù)合,進(jìn)而對(duì)泡沫的導(dǎo)電性和疏水性進(jìn)行了分析,研究表明:石墨烯與鎳泡沫負(fù)載后力學(xué)強(qiáng)度和導(dǎo)電率得到了大幅度的提升,導(dǎo)電率可以達(dá)到688.11 S/cm,接觸角減小到105.54°。將該復(fù)合泡沫應(yīng)用到超級(jí)電容器方面,研究結(jié)果表明:當(dāng)氧化石墨烯的濃度是1 mg/cm3并且以熱干燥方式得到的復(fù)合泡沫在5 A/g的電流密度下質(zhì)量比電容可以達(dá)到454 F/g,500次循環(huán)后電容保持效率是86%。為了進(jìn)一步改善石墨烯泡沫的應(yīng)用性能,將所得rGO/NF為模板用水熱法制備得到rGO/MnO_2/NF,研究了水熱反應(yīng)條件和原料配比對(duì)復(fù)合泡沫結(jié)構(gòu)性能及應(yīng)用的影響,并經(jīng)SEM、XRD、Raman、FT-IR表征手段分析證明了多孔片層結(jié)構(gòu)二氧化錳在模板上的有效復(fù)載,進(jìn)而對(duì)泡沫的導(dǎo)電性、疏水性進(jìn)行了分析,研究表明復(fù)合泡沫的導(dǎo)電率可以達(dá)到519.92 S/cm,接觸角減小至93.59°,同時(shí)把復(fù)合泡沫應(yīng)用在氣體檢測和超級(jí)電容器方面。結(jié)構(gòu)表征及應(yīng)用最終確定最佳制備工藝是:高錳酸鉀濃度2 mM,鹽酸濃度0.15mM,反應(yīng)溫度150℃,反應(yīng)時(shí)間10 h。最終得到的rGO/MnO_2/NF在室溫下對(duì)50 ppm的NO_2檢測靈敏度是1.51%,檢測極限是17 ppm,在3 A/g的電流密度下質(zhì)量比電容是510 F/g,500次循環(huán)后電容保持效率是96%。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1181015