【摘要】：自石墨烯出現(xiàn)以來,其獨特的結(jié)構(gòu)及優(yōu)異的性能受到科學(xué)家們的青睞。三維石墨烯材料,因其高孔隙率和低密度的特性,三維石墨烯材料在能源、環(huán)境、催化、生物醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。本文采用被認為最有經(jīng)濟效益的還原氧化石墨的方法進行石墨烯的制備,并結(jié)合超聲、水熱還原自組裝、冷凍干燥等技術(shù)制備石墨烯氣凝膠(GA)。在此基礎(chǔ)上,通過共價修飾、共摻雜等手段,制備出功能化石墨烯氣凝膠,并將其應(yīng)用于重金屬吸附、鋰離子電池領(lǐng)域。借助SEM、TEM、TG、XRD等方法表征材料結(jié)構(gòu)及性能,主要研究如下:1、采用改進的Hummers法制備氧化石墨。將氧化石墨超聲分散成氧化石墨烯分散液,經(jīng)自組裝方式水熱還原獲得GA。探究制備過程中濃度、pH值及干燥方式對氣凝膠結(jié)構(gòu)的影響。經(jīng)發(fā)現(xiàn),濃度可有效改變氣凝膠孔隙的大小;pH值在制備過程影響不大;干燥方式在維持內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)中發(fā)揮重要作用,冷凍干燥可較好保留材料原結(jié)構(gòu),使其體積僅收縮5%。2、利用EDTA-Silane共價修飾制備功能化石墨烯氣凝膠,其可有效吸附溶液中的Pb2+。在溶液pH值為6.8,溫度30℃,吸附時間為60 min,溶液初始濃度100mg/L條件下,功能化氣凝膠達到最優(yōu)吸附量205mg/g。3、以高錳酸鉀為錳源制備MnO_2。通過水熱方式制備MnCO3/GGA應(yīng)用于鋰離子電池領(lǐng)域。研究發(fā)現(xiàn),對比GGA材料,MnCO3/GGA表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能。在0.1 A/g電流密度下,經(jīng)50圈循環(huán)后MnCO3/GGA的比容量還能保持986.5 mAh/g。經(jīng)不同倍率循環(huán)后,MnCO3/GGA比容量仍可保持1201 mAh/g。綜上所述,通過簡單、綠色的改性手段制備得到功能化石墨烯氣凝膠,此氣凝膠在環(huán)境保護及能源領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ427.26

【共引文獻】

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本文編號：2550947