三維石墨烯是近年來備受關(guān)注的無機(jī)材料,由二維石墨烯搭建而成。三維石墨烯不僅保留了二維石墨烯比表面積大、導(dǎo)電性好、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn),還因其穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)而解決了二維石墨烯容易團(tuán)聚和難以回收的缺點(diǎn)。因此,三維石墨烯具備更好的循環(huán)和實(shí)際應(yīng)用性能。本論文立足于三維石墨烯的發(fā)展現(xiàn)狀,從三維石墨烯的制備方法入手,對(duì)三維石墨烯的性能和實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了一系列研究。本論文共分為五章。第一章,文獻(xiàn)綜述,主要介紹了三維石墨烯及其復(fù)合材料常用的制備方法,物化性質(zhì)和在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。第二章,選用生物小分子磷酸乙醇胺作為交聯(lián)劑和表面修飾劑,制備磷氮雙基團(tuán)同時(shí)修飾的超雙親三維石墨烯泡沫PNGF并應(yīng)用于水體凈化。PNGF具有大量親水基團(tuán),因此對(duì)液體有著優(yōu)異的浸潤(rùn)特性,對(duì)水、油、有機(jī)染料和重金屬離子有著良好的吸附性能。多種液體都具有很高的吸附容量,對(duì)水中的有機(jī)染料、重金屬離子等污染物也有很好的吸附效果,Pb(II)和Cd(Ⅱ)能夠在10分鐘內(nèi)被快速有效地吸附,相較于傳統(tǒng)的震蕩攪拌模式大大節(jié)省了時(shí)間。第三章,利用重要的營(yíng)養(yǎng)小分子�；撬嶙鳛榍膀�(qū)體,制備了 N/S雙原子摻雜的三維石墨烯泡沫a-NSGF。a-NSGF具有穩(wěn)定的三維骨架結(jié)構(gòu)和良好的導(dǎo)電性,高溫使異原子進(jìn)入到石墨烯晶格網(wǎng)絡(luò)中,大大提高了其電催化活性。我們利用a-NSGF成功構(gòu)建了無酶H202生物傳感器,實(shí)現(xiàn)了 H202靈敏、快速、便捷的測(cè)定。傳感器制備簡(jiǎn)單,信號(hào)穩(wěn)定,易于保存,在長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)月的超長(zhǎng)儲(chǔ)備時(shí)間內(nèi)檢測(cè)活性幾乎無損。第四章,選用廉價(jià)的工業(yè)試劑氨基苯磺酸作為表面修飾劑,通過調(diào)節(jié)其種類、用量及制備條件,如體系pH值和退火溫度等,系統(tǒng)討論了影響三維石墨烯泡沫微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)的因素,并對(duì)反應(yīng)過程中的機(jī)理進(jìn)行了初步探索。通過對(duì)制備條件的調(diào)控,材料的化學(xué)組成發(fā)生變化,實(shí)現(xiàn)了 SNGF表面浸潤(rùn)性由雙親向單親的轉(zhuǎn)變,并能夠利用不同的退火溫度獲得憎水程度不同的三維石墨烯泡沫。第五章,總結(jié)與展望。
【學(xué)位單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ127.11
【部分圖文】：

烯具備富電子特性［１４］。石墨烯還可以通過非共價(jià)方式，如范德華力、７ｔ－７Ｔ堆積、靜電相互作逡逑用、氫鍵、疏水作用力等，與聚合物、金屬、金屬氧化物等其他組分組成復(fù)合材料。逡逑單體石墨烯片可以組裝成不同維度的材料（圖１．１）：邋一維（纖維），二維（薄膜）或三逡逑維（框架）。例如，通過濕法紡織，在狹窄的微型管中將ＧＯ分散體系通過化學(xué)法或水熱法逡逑進(jìn)行還原，可制備ｒＧＯ纖維。二維薄膜通常利用溶液體系進(jìn)行制備，如涂抹法、溶劑蒸發(fā)法、逡逑真空過濾法、旋涂法或沉降法等［１５，１６］。后續(xù)使用光化學(xué)法，利用激光、可見光、紫外光等對(duì)逡逑薄膜進(jìn)行處理，還可進(jìn)一步提高薄膜的性能［１７］。三維石墨烯框架結(jié)構(gòu)則通常利用水熱、化學(xué)逡逑或電化學(xué)等方法還原搭建［１８］，或在金屬或泡沫模板上通過ＣＶＤ制備，然后除去模板組裝而逡逑成。石墨烯基的宏觀材料具有大的比表面積和各種交聯(lián)位點(diǎn)，是極具潛力的氣體傳感器、彈逡逑性應(yīng)變傳感器和自修復(fù)材料。逡逑ａ邐ｂ邐ｃ邐ｄ＇逡逑Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅｓ邋Ｃａｒｂｏｎ邋ｎａｎｏｔｕｂ?

通過添加具有化學(xué)活性的功能性組分，可以促進(jìn)ＧＯ水溶液在更為溫和的條件Ｋ進(jìn)行自逡逑組裝。Ｌｅｅ等［２８］報(bào)道了以聚苯乙烯為枝接體，氧化石墨烯（ＧＯ）為前驅(qū)體，利“呼吸圖”逡逑法制備三維大孔自組裝碳膜的方法。如圖１．３所示，石墨烯納米片分散在苯中并置于基底上，逡逑然后通入潮濕的空氣氣流。揮發(fā)性有機(jī)溶劑蒸發(fā)吸熱，使有機(jī)溶液表面的水滴自發(fā)凝聚并緊逡逑密堆積。溶劑蒸發(fā)完后，將基底上的枝接ＧＯ進(jìn)行干燥并通過熱解去除聚合物，便形成了一逡逑個(gè)柔韌的、由還原型氧化石墨烯（ｒＧＯ）組成的大孔三維碳膜。在該方法中，孔的大小和數(shù)逡逑０可通過有機(jī)物的濃度和聚合物的鏈長(zhǎng)進(jìn)行有效調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了高效、有序、可控的自組裝合逡逑成。逡逑４逡逑

模板導(dǎo)向的化學(xué)氣相沉積法是制備三維石墨烯的另一種重要且簡(jiǎn)便的方法。Ｃｈｅｎ等［３５］逡逑首先報(bào)道了這種方法。他們利用三維交聯(lián)的鎳泡沫作模板，獲得了三維石墨烯泡沫（ＧＦｓ）。逡逑如圖１．５所示，在常壓１邋０００邋°Ｃ下分解ＣＨ４，將碳引入并沉積在鎳泡沫模板的表面上。由于鎳逡逑泡沫和石墨烯的熱膨脹系數(shù)不同，在石墨烯薄膜上形成了波紋和褶皺。這一現(xiàn)象提升了材料逡逑的機(jī)械咬合作用，使材料對(duì)聚合物具備更為良好的粘附力，便于制備不同功能的復(fù)合材料。逡逑利用這一性質(zhì)，將聚甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＭＡ）沉積在石墨稀膜的表面上，對(duì)石墨烯膜起到逡逑了良好的保護(hù)作用，有效防止了石墨烯網(wǎng)絡(luò)在熱ＨＣ１或ＦｅＣｌ３溶液蝕刻除去鎳骨架的過程中逡逑發(fā)生塌陷。最后，ｆｆ］熱丙酮除去ＰＭＭＡ涂層，便獲得了連續(xù)且完整的三維石墨烯泡沫。ＧＦ逡逑復(fù)制了鎳泡沫模板三維交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為電荷的傳遞提供了快速且相互連通的傳輸通道，逡逑因此，制備的ＧＦ電導(dǎo)率約為１０邋Ｓ／ｃｍ，比化學(xué)法合成制備石墨烯基材料高出６個(gè)數(shù)蜇級(jí)。逡逑ａ邋Ｎｉ邋ｆｏａｍ邐ｂ邋Ｎｉ－Ｇ邐Ｃ邋Ｎｉ－Ｇ－ＰＭＭＡ逡逑ｍ＾ｍ逡逑ＦｅＣＩ＾ＨＣＩ邋Ｎｉ邋ｅｔｃｈｉｎｇ逡逑ｆ邋

本文編號(hào)：2816053