本文關鍵詞：基于氧化石墨烯的宏觀體的制備、表征及相關性能研究

  更多相關文章： 氧化石墨烯 石墨烯宏觀體 吸附 超級電容器 電毛細抽吸

【摘要】：新材料區(qū)別于傳統(tǒng)材料,在某些方面有著卓越的性能。研發(fā)新材料一直是解決環(huán)境與能源問題的有效途徑。石墨烯作為近年來最熱門的新材料之一,在污水處理、能量存儲、光電子器件等各個領域有著巨大的應用前景。本文從氧化石墨烯(GO)出發(fā),制備了多種宏觀體材料,包括GO/淀粉復合氣凝膠、超薄石墨烯薄膜以及熱收縮石墨烯氣凝膠,并對這些宏觀體材料進行了表征以及相關性能的測試。通過改進的Hummers法制備了GO,此方法制備的GO在水溶液中具有良好的分散性,我們通過掃描電鏡,透射電鏡對GO進行了形貌分析,并通過紅外光譜分析了GO的含氧官能團,利用熱失重曲線分析了其熱穩(wěn)定性。利用淀粉跟GO的官能團相互作用,通過淀粉發(fā)酵和加熱糊化制備了多孔的GO/淀粉氣凝膠,這種材料環(huán)保無毒且成本低廉。通過吸附實驗測試了此種材料對水溶液中亞基甲基藍(MB)的吸附能力。并研究了溶液初始pH、吸附劑加入量、溫度、MB的初始濃度以及吸附反應時間對吸附過程的影響。我們將所得的數據進行了熱力學以及動力學的擬合。根據Langmuir模型計算得到的最大吸附量為127.71 mg/g。熱力學研究表明此吸附過程為吸熱的自發(fā)過程。綜上所述,GO/淀粉復合氣凝膠是一種新型的生物質吸附劑,其環(huán)保高效的特點表明其在污水處理方面有著很廣闊的應用前景。通過真空抽濾和化學還原制備了超薄的石墨烯薄膜,通過掃描電鏡對薄膜進行了表面形貌的表征,薄膜表現(xiàn)出良好的柔性和強度。通過電化學實驗測試了薄膜作為超級電容器電極的的性能,在2 mV/s的掃速下測得比電容為215.6 F/g,循環(huán)伏安曲線和恒電流充放電曲線表明石墨烯薄膜是一種理想的雙電層電容器電極材料。同時,石墨烯薄膜也具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性。制備了孔隙率較高的石墨烯氣凝膠,并通過熱收縮處理的方法使其收縮至一定體積,我們研究了熱收縮對氣凝膠的機械性能、孔結構、電化學性能以及電毛細抽吸性能的影響。發(fā)現(xiàn)隨著熱收縮程度的增加,氣凝膠隙率減小,彈性減弱,同時其強度大大增加。氣凝膠的質量比電容隨著收縮程度的增加而減小,但體積比電容則恰好相反。在電毛細抽吸實驗中我們實現(xiàn)了石墨烯氣凝膠抽吸的開關可控性,并研究了其閾值電壓和飽和吸收量。
【關鍵詞】：氧化石墨烯 石墨烯宏觀體 吸附 超級電容器 電毛細抽吸
【學位授予單位】：青島大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TB332
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 引言7-17
• 1.1 石墨烯概述7-8
• 1.1.1 石墨烯簡介7
• 1.1.2 石墨烯研究進展7-8
• 1.2 石墨烯的制備方法與表征8-9
• 1.2.1 機械剝離法8
• 1.2.2 晶膜生長法8
• 1.2.3 超聲分散法8-9
• 1.2.4 化學氣相沉積法9
• 1.2.5 氧化還原法9
• 1.3 石墨烯的表征9-12
• 1.3.1 透射電子顯微鏡表征10-11
• 1.3.2 原子力顯微鏡表征11
• 1.3.3 紅外光譜和拉曼光譜表征11-12
• 1.4 石墨烯基宏觀體材料在能源環(huán)境領域的應用12-13
• 1.4.1 能量轉換器件12-13
• 1.4.2 水處理13
• 1.5 GO簡介13-14
• 1.6 電毛細現(xiàn)象簡介14-15
• 1.7 課題研究目的與意義15-17
• 第二章 GO的制備與表征17-22
• 2.1 實驗原料及儀器設備17
• 2.2 GO的制備17-18
• 2.3 GO的表征18-21
• 2.3.1 掃描電鏡和透射電鏡表征18-19
• 2.3.3 紅外光譜分析19-20
• 2.3.4 熱失重分析20-21
• 2.4 本章小結21-22
• 第三章 GO/淀粉復合氣凝膠的制備及其吸附性能的研究22-40
• 3.1 實驗材料和設備22-23
• 3.2 樣品制備和吸附實驗23-24
• 3.2.1 GO/淀粉復合物氣凝膠的制備23
• 3.2.2 吸附實驗23-24
• 3.3 結果與討論24-38
• 3.3.1 GO/淀粉復合氣凝膠的表征24-28
• 3.3.2 溶液初始pH對吸附的影響28
• 3.3.3 吸附質的量對吸附的影響28-29
• 3.3.4 MB的初始濃度對吸附的影響29
• 3.3.5 溫度對吸附的影響29-30
• 3.3.6 反應時間對吸附的影響30-31
• 3.3.7 吸附機理31-34
• 3.3.8 吸附動力學研究34-36
• 3.3.9 吸附熱力學研究36-37
• 3.3.10 吸附數據圖表匯總37-38
• 3.4 本章小結38-40
• 第四章 超薄石墨烯薄膜的制備及其電化學性能的研究40-46
• 4.1 實驗材料及儀器40
• 4.2 石墨烯薄膜的制備40
• 4.3 電化學性能測試40-41
• 4.4 結果與討論41-45
• 4.4.1 石墨烯薄膜的表征41-43
• 4.4.2 RGO薄膜的電化學性能研究43-45
• 4.5 本章小結45-46
• 第五章 熱收縮石墨烯氣凝膠的制備及其性能研究46-56
• 5.1 實驗方法46-50
• 5.1.1 實驗材料和儀器46
• 5.1.2 熱收縮石墨烯氣凝膠的制備46-47
• 5.1.3 機械性能的測試47
• 5.1.4 電化學性能測試47-50
• 5.2 結果與討論50-55
• 5.2.1 熱收縮石墨烯氣凝膠力學性能的研究50-52
• 5.2.2 熱收縮氣凝膠的電化學性能研究52-54
• 5.2.3 熱收縮氣凝膠電毛細抽吸性能的研究54-55
• 5.3 本章小結55-56
• 第六章 結論56-57
• 參考文獻57-63
• 攻讀學位期間的研究成果63-64
• 致謝64-65

【相似文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 ;科學家首次用納米管制造出石墨烯帶[J];電子元件與材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列進展[J];高科技與產業(yè)化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本開發(fā)出在藍寶石底板上制備石墨烯的技術[J];硅酸鹽通報;2009年04期

5 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進展[J];現(xiàn)代物理知識;2009年04期

6 傅強;包信和;;石墨烯的化學研究進展[J];科學通報;2009年18期

7 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進展[J];電子元件與材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進展[J];化學進展;2009年12期

9 張偉娜;何偉;張新荔;;石墨烯的制備方法及其應用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 萬勇;馬廷燦;馮瑞華;黃健;潘懿;;石墨烯國際發(fā)展態(tài)勢分析[J];科學觀察;2010年03期

中國重要會議論文全文數據庫 前10條

1 成會明;;石墨烯的制備與應用探索[A];中國力學學會學術大會'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質量石墨烯及其功能化[A];中國化學會第27屆學術年會第04分會場摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂;;石墨烯制備技術與應用研究的最新進展[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第3分冊）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第7分冊）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學最新進展研討會——暨第十屆全國顆粒制備與處理研討會論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國青年摩擦學與表面工程學術會議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實;;樹枝狀結構功能化石墨烯[A];2011年全國高分子學術論文報告會論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無機石墨烯材料:計算與實驗的結合[A];中國化學會第28屆學術年會第4分會場摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學修飾及尺寸效應研究[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

中國重要報紙全文數據庫 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進展[N];中國化工報;2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日報;2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報記者 李好宇 張們捷(實習) 特約記者 李季;石墨烯未來應用的十大猜想[N];電腦報;2010年

5 證券時報記者 向南;石墨烯貴過黃金15倍 生產不易炒作先行[N];證券時報;2010年

6 本報特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結緣諾貝爾獎[N];計算機世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實現(xiàn)產業(yè)化[N];泰州日報;2010年

8 本報記者 紀愛玲;石墨烯：市場未啟 炒作先行[N];中國高新技術產業(yè)導報;2011年

9 周科競;再說石墨烯的是與非[N];北京商報;2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日報;2011年

中國博士學位論文全文數據庫 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應[D];中國科學技術大學;2011年

2 羅大超;化學修飾石墨烯的分離與評價[D];北京化工大學;2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學;2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復機理的理論研究[D];吉林大學;2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學應用研究[D];清華大學;2013年

6 姜麗麗;石墨烯及其復合薄膜在電極材料中的研究[D];西南交通大學;2015年

7 姚成立;多級結構石墨烯/無機非金屬復合材料的仿生合成及機理研究[D];安徽大學;2015年

8 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學;2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計算研究[D];武漢大學;2014年

10 王義;石墨烯的模板導向制備及在電化學儲能和腫瘤靶向診療方面的應用[D];復旦大學;2014年

中國碩士學位論文全文數據庫 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動力學模擬研究[D];西安電子科技大學;2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結構及其對電化學性能的影響[D];北京化工大學;2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學;2011年

4 蔡宇凱;一種新型結構的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學;2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學效應研究[D];蘇州大學;2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應的研究[D];華南理工大學;2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動分析[D];南京航空航天大學;2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學;2012年

9 于金海;石墨烯的非共價功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學;2013年

，

本文編號：593817