本文關(guān)鍵詞：基于氧化石墨烯的宏觀體的制備、表征及相關(guān)性能研究

  更多相關(guān)文章： 氧化石墨烯 石墨烯宏觀體 吸附 超級電容器 電毛細(xì)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(lǐng)域有著巨大的應(yīng)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(fù)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(jìn)行了表征以及相關(guān)性能的測試。通過改進(jìn)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(jìn)行了形貌分析,并通過紅外光譜分析了GO的含氧官能團(tuán),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(tuán)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(shí)驗(yàn)測試了此種材料對水溶液中亞基甲基藍(lán)(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(yīng)時間對吸附過程的影響。我們將所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了熱力學(xué)以及動力學(xué)的擬合。根據(jù)Langmuir模型計算得到的最大吸附量為127.71 mg/g。熱力學(xué)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(fù)合氣凝膠是一種新型的生物質(zhì)吸附劑,其環(huán)保高效的特點(diǎn)表明其在污水處理方面有著很廣闊的應(yīng)用前景。通過真空抽濾和化學(xué)還原制備了超薄的石墨烯薄膜,通過掃描電鏡對薄膜進(jìn)行了表面形貌的表征,薄膜表現(xiàn)出良好的柔性和強(qiáng)度。通過電化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jī)械性能、孔結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能以及電毛細(xì)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(qiáng)度大大增加。氣凝膠的質(zhì)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(xì)抽吸實(shí)驗(yàn)中我們實(shí)現(xiàn)了石墨烯氣凝膠抽吸的開關(guān)可控性,并研究了其閾值電壓和飽和吸收量。
【關(guān)鍵詞】：氧化石墨烯 石墨烯宏觀體 吸附 超級電容器 電毛細(xì)抽吸
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(jìn)展7-8
• 1.2 石墨烯的制備方法與表征8-9
• 1.2.1 機(jī)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(xué)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(lǐng)域的應(yīng)用12-13
• 1.4.1 能量轉(zhuǎn)換器件12-13
• 1.4.2 水處理13
• 1.5 GO簡介13-14
• 1.6 電毛細(xì)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(shí)驗(yàn)原料及儀器設(shè)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(jié)21-22
• 第三章 GO/淀粉復(fù)合氣凝膠的制備及其吸附性能的研究22-40
• 3.1 實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備22-23
• 3.2 樣品制備和吸附實(shí)驗(yàn)23-24
• 3.2.1 GO/淀粉復(fù)合物氣凝膠的制備23
• 3.2.2 吸附實(shí)驗(yàn)23-24
• 3.3 結(jié)果與討論24-38
• 3.3.1 GO/淀粉復(fù)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(zhì)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(yīng)時間對吸附的影響30-31
• 3.3.7 吸附機(jī)理31-34
• 3.3.8 吸附動力學(xué)研究34-36
• 3.3.9 吸附熱力學(xué)研究36-37
• 3.3.10 吸附數(shù)據(jù)圖表匯總37-38
• 3.4 本章小結(jié)38-40
• 第四章 超薄石墨烯薄膜的制備及其電化學(xué)性能的研究40-46
• 4.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器40
• 4.2 石墨烯薄膜的制備40
• 4.3 電化學(xué)性能測試40-41
• 4.4 結(jié)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(xué)性能研究43-45
• 4.5 本章小結(jié)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(shí)驗(yàn)方法46-50
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)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(jī)械性能的測試47
• 5.1.4 電化學(xué)性能測試47-50
• 5.2 結(jié)果與討論50-55
• 5.2.1 熱收縮石墨烯氣凝膠力學(xué)性能的研究50-52
• 5.2.2 熱收縮氣凝膠的電化學(xué)性能研究52-54
• 5.2.3 熱收縮氣凝膠電毛細(xì)抽吸性能的研究54-55
• 5.3 本章小結(jié)55-56
• 第六章 結(jié)論56-57
• 參考文獻(xiàn)57-63
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果63-64
• 致謝64-65

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