三维多孔碳纳米管-还原氧化石墨烯复合气凝胶应用于高性能对称超级电容器

以羟基化的碳纳米管(CNT-OH)和自制的氧化石墨烯(GO)为原料,通过氧化还原自组装的水热合成策略制备了碳纳米管-还原氧化石墨烯(CNTs-rGO)三维气凝胶,并探究了水热温度对三维气凝胶的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构、形貌进行了表征,并对其进行电化学性能测试。其中,在140℃下合成的气凝胶CNTs-rGO展示了最佳的电化学性能,在1 A·g^(-1)电流密度下的比电容高达294.65 F·g^(-1),循环伏安曲线在50 mV·s^(-1)扫速下的形状仍然近似于矩形,展示了良好的可逆性。将其作为正极和负极材料组装的对称超级电容器在功率密度为249.8 W·kg^(-1)时的最大能量密度为3.744 Wh·kg^(-1),在1 A·g^(-1)下循环10 000次后,其电容保持率和库仑效率均约为100%。优异的电化学性能主要归因于CNTs-rGO复合材料疏松多孔的三维立体结构,这保证了离子的快速运输,同时CNTs和rGO的交联结构提高了电导率,充分发挥了CNTs和rGO的化学和电学性能。

基于还原氧化石墨烯-MXene三维气凝胶修饰碳纤维超微电极的一氧化氮检测

一氧化氮(NO)作为人体内重要的二级信使,在多种生理过程中起到关键作用,对其高灵敏度、高选择性的在体检测至关重要。基于电化学方法快速、准确、灵敏度高等优点,本研究提出了基于还原氧化石墨烯-MXene三维复合材料修饰碳纤维超微电极的NO检测方法。利用碳纤维超微电极极小的体积、良好的生物相容性和较高的灵敏度等优点,最大限度的减小电极本身对生物体的刺激和损伤。利用还原氧化石墨烯-MXene复合材料大的比表面积、高电导率、丰富的多孔结构及金纳米材料对NO的高催化性能,聚苯胺和聚邻苯二氨的高导电性和分子过滤性能,提高了电极的灵敏度和选择性。测得NO的线性检测范围为0.11~235.67μmol/L(R^(2)=0.998),检出限(S/N=3)为16.8 nmol/L,灵敏度为0.23 nA/(μmol/L)。该电极对抗坏血酸、多巴胺等体内常见干扰物没有响应,具有较强的抗干扰能力。

氧化石墨烯包覆羟基氧化铁协同增强环氧树脂的断裂韧性

采用静电自组装法制备了氧化石墨烯包覆针状羟基氧化铁的复合纳米粒子(GO@FeOOH),借助磁场使其在环氧树脂(EP)中发生取向,进而显著增强EP的断裂韧性。分别用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电镜及振动磁强计等对纳米粒子进行了表征,通过三点弯曲试验评估了EP/GO@FeOOH复合材料的临界应力强度因子(KIC),采用SEM分析了GO@FeOOH的增韧机理。实验结果表明:通过静电自组装,GO成功包覆在FeOOH表面,而非FeOOH负载在GO上。GO@FeOOH直径和长度分别为100 nm、1μm左右,饱和磁化强度7.18 emu/g,在0.09 T的磁场下能够被取向。在磁场诱导下,EP/GO@FeOOH(0.5%含量)的KIC提高最显著,达到了3.2 MPa·m1/2,分别比EP和无磁场诱导的EP/GO@FeOOH提高了140%和70.6%,同时GO和FeOOH表现出明显的协同效应。该复合材料的增韧机理主要包括粒子的拔出、脱粘以及裂纹偏转和基体的局部塑性形变等形式。

磁场作用下氧化石墨烯包覆羟基氧化铁增强碳纤维/环氧树脂复合材料的层间断裂韧性

为有效提高碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料层合板的层间断裂韧性,采用静电自组装技术制备了一种由氧化石墨烯包覆针状羟基氧化铁而成的纳米复合粒子(GO@FeOOH),分散在EP基体中并借助磁场诱导以提高增韧效果。通过双悬臂梁实验(DCB)测试GO@FeOOH/CF/EP层合板的Ⅰ型层间断裂韧性(G_(ⅠC)),重点考察复合粒子和磁场诱导对G_(ⅠC)的影响。结果表明:质量分数0.5%的GO@FeOOH即可显著增强CF/EP复合材料的层间断裂韧性,GO@FeOOH/CF/EP的初始裂纹G_(ⅠC)(0.53 kJ·m^(-2))和裂纹扩展G_(ⅠC)(0.71 kJ·m^(-2))较CF/EP分别提高了34.2%和44.9%;另一方面,磁场诱导使GO@FeOOH沿着磁场方向发生了取向,进一步显著提高了增韧效果,初始裂纹G_(ⅠC)和裂纹扩展G_(ⅠC)较CF/EP分别提高了112.6%和93.9%;该复合材料的层间增韧机理主要包括粒子的拔断与脱粘以及基体的局部塑性形变,磁场诱导后,粒子的拔断成为主导的增韧机理。

三维氧化铁/石墨烯的构建及其对CL-20的热分解性能的影响

首先采用水热法合成了两种不同形貌的氧化铁(棒状rFe2O3和颗粒状pFe2O3),然后采用界面自组装法制备了两种具备高比表面积和三维网状结构的氧化铁与石墨烯的复合物(rFe2O3/G和pFe2O3/G)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对样品的相态、组成及结构性质进行确证。根据热重-红外联用分析(TGA-IR)和差式扫描量热法(DSC)测试对所制备的催化剂对CL-20的催化热分解活性进行评估。通过逻辑选择法对Cl-20、Fe2O3/Cl-20和Fe2O3/G/CL-20的非等温热分解动力学进行系统研究发现,其均遵循相同的机理函数模型。对比分析表明,棒状氧化铁/石墨烯复合物(rFe2O3/G)对CL-20的热分解表现出最佳的催化活性。以rFe2O3及rFe2O3/G为样本,研究其对CL-20撞击感度的影响。测试结果表明,rFe2O3/G比rFe2O3更能有效降低Cl-20的撞击感度。综合分析可知,rFe2O3与石墨烯的结合不仅能够促进Cl-20的热分解,且能同时提高Cl-20的安全性能。

三维还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及其超级电容性能

以制备的氧化石墨凝胶和聚苯胺纳米线为原料,将二者按一定的质量比进行混合超声分散,再以混合分散液为前驱体采用一步水热法制备得到三维还原氧化石墨烯(RGO)/聚苯胺(PANI)(RGP)复合材料,采用扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),X射线衍射(XRD),傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试等分析研究了复合材料的形貌、结构和超级电容性能.结果表明,复合材料既保持了还原氧化石墨烯的基本形貌,又能使聚苯胺较好地镶嵌在还原氧化石墨烯的网状结构中;且当氧化石墨与聚苯胺的质量比为1:1时复合材料在0.5 A·g-1电流密度下比电容可高达758 F·g-1,即使在大电流密度(30 A·g-1)下其比容量仍高达400 F·g-1,在1 A·-1电流密度下循环1000次后比容量保持率为86%,表现出了良好的倍率性能和循环稳定性,其超级电容性能远优于单纯的还原氧化石墨烯和聚苯胺,其优异的超级电容性能可归咎于二者的相互协同作用.

氧化石墨超声时间对三维还原氧化石墨烯结构及超级电容性能的影响

将氧化石墨凝胶超声不同时间制备氧化石墨烯(GO)溶胶,再以GO溶胶为前驱体采用一步水热法制备了三维还原氧化石墨烯(3DRGO),采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试等研究了不同超声时间对3DRGO的形貌、结构及超级电容性能的影响.结果表明,当超声时间不超过120 min时,经水热反应后还原氧化石墨烯均能形成稳定的三维结构,但随着超声时间的延长,三维结构尺寸不断减小,强度增加,样品的内部结构也由片状逐渐向多孔网状转化;当超声时间超过120 min时,还原氧化石墨烯虽具有网状结构,但在宏观上不利于形成稳定的三维结构.电化学测试结果表明,经不同超声时间所制备的还原氧化石墨烯均表现出较好的超级电容性能,其中超声时间为120 min时制备的3DRGO具有更均匀的多孔网状结构,表现出了最佳的超级电容性能,在1 A/g电流密度下其比电容可达328 F/g,即使在20 A/g的大电流密度条件下,其比电容仍可高达240 F/g.

三维多孔还原氧化石墨烯气凝胶的制备及其在锂离子电池中的应用

以天然鳞片石墨为原料,采用改良的Hummers方法,制备了高纯度的薄层或单层氧化石墨(GO);并以抗坏血酸为还原剂,通过自组装还原的方式成功制备了具有三维多孔独巨石结构的还原氧化石墨烯(r GO)气凝胶,其形貌和结构经FT-IR,SEM,TEM,XRD和XPS表征。并对其作为锂离子电池负极材料的电化学性能进行了测试。结果表明:r GO气凝胶独特的形貌和结构提高了其比容量和循环性能,在100 m A·g-1电流密度下首周放电比容量可达1 700 m Ah·g-1,首周充电比容量达710 m Ah·g-1,经过100周循环后放电比容量仍可保持在450 m Ah·g-1,库伦效率保持在98%。

三维还原氧化石墨烯/β-环糊精复合物的合成及其电化学检测水中左氧氟沙星

成功构筑了β-环糊精修饰的三维还原氧化石墨烯复合材料(3D-rGO/β-CD),并对该复合材料进行扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、热重分析和拉曼光谱分析等一系列的表征,分析了其形貌和结构的特征。进一步将其修饰到玻碳电极(GCE)表面,构建了一种新型电化学传感器(3D-rGO/β-CD/GCE)。利用3D-rGO/β-CD/GCE电化学传感器,通过微分脉冲伏安法(DPV)对左氧氟沙星(LEV)进行了检测。其中,具有多孔结构的三维还原氧化石墨烯具有优异的导电性能、比表面积大、化学稳定性好等优良的性质,而修饰的β-环糊精能在其环形腔内与客体分子结合形成超分子包合物,进而可以对LEV进行有效识别。研究结果显示,在最优实验条件下,3D-rGO/β-CD/GCE对左氧氟沙星的检测具有较宽的线性范围(1~150μmol/L),且检测限可达0.33μmol/L,同时该修饰电极还表现出良好的选择性和稳定性。此外,成功将其应用于实际水样中LEV的检测,表明该传感器具有一定的应用潜力。

羟基磷灰石纳米线/还原氧化石墨烯/纳米金复合材料基传感器在抗坏血酸检测中的应用研究

羟基磷灰石纳米线具有比表面积大、吸附性强,生物相容性好的优点,利用石墨烯优异的导电性与羟基磷灰石复合制成纳米复合材料,该复合材料在电化学领域得到了越来越广泛的应用。利用水热法一步制备出羟基磷灰石纳米线/还原氧化石墨烯/纳米金复合材料,并用该复合材料修饰的玻碳电极作为工作电极制造出抗坏血酸氧化酶传感器,该传感器对抗坏血酸的电化学性能结果表明:纳米复合材料修饰的工作电极对抗坏血酸有优异的电化学活性,峰值电流与抗坏血酸浓度呈现良好的线性关系;抗坏血酸氧化酶传感器灵敏度为1.5949×10-2 A/moL,线性检测范围为3.90×10-4~3.60×10-2 mol/L(R2=0.99845),最低检测限为3.39×10-6 mol/L(S/N=3)。实验结果表明该抗坏血酸氧化酶传感器具有灵敏度好,线性检测范围宽,最低检测限小的优点,在对抗坏血酸检测领域具有广泛的应用前景。

CeO_2/三维石墨烯催化臭氧氧化降解刚果红

采用原位氧化还原法制备了三维石墨烯负载型CeO_2催化剂(CeO_2/3D GN),采用XRD、FTIR、SEM、比表面积和零电荷点测定等方法对其进行了表征,并考察了CeO_2/3D GN非均相催化臭氧氧化降解水中刚果红染料的影响因素。表征结果显示:CeO_2/3D GN具有相互连通的三维网络结构;CeO_2纳米颗粒均匀地分散在石墨烯片层中;比表面积为190.89 m^2/g;零电荷点pH_(zpc)为7.36。实验结果表明:CeO_2/3D GN非均相催化臭氧氧化体系比单独臭氧氧化体系对刚果红溶液的脱色率提高了60.56百分点;连续5次重复利用CeO_2/3D GN,刚果红溶液脱色率为96.50%~98.00%;在臭氧流量为20 mg/min、催化剂投加量为1.5 g/L、初始溶液pH为7.00的最佳工艺条件下反应15 min,刚果红溶液脱色率可高达94.65%。

三维还原氧化石墨烯凝胶染料降解的材料应用

目前在人类社会经济快速发展中,生态环境中的水资源不可避免地会受到有机物、无机物和微生物的污染,随着工业化的加速发展,清洁水资源的防治已成为严重的全球性问题,特别在发展中国家尤其突出。本文讲述了具有三维结构的还原氧化石墨烯凝胶染料降解材料的领先优势,及其在各行业中对有机染料降解处理的应用以及现阶段染料降解材料的性能和研究现状,并对具有三维结构的还原氧化石墨烯凝胶染料降解材料在水资源治理的应用中提出材料循环使用的展望设想。

羟基氧化铁纳米棒复合材料制备及其光热抗肿瘤特性研究

目的制备氧化石墨烯量子点(GQD)和聚多巴胺(PDA)修饰的羟基氧化铁(FeOOH)纳米棒复合材料并考察其体外光热抗肿瘤性能。方法制备了GQD修饰和PDA包覆的FeOOH复合纳米材料,并对其粒径分布、微观形貌、成分组成以及光热转换效率等理化性质进行考察评价。以SKOV3卵巢癌细胞为研究对象,观察该纳米材料在近红外激光辐照下的抗肿瘤特性。结果光热实验表明制备的纳米复合材料和修饰前的FeOOH相比,光热性能大幅提高,具备较好的光热性能。体外细胞实验表明该复合材料对卵巢癌细胞具用较好的抑制效果,可以应用于肿瘤的光热治疗。结论采用本实验方法制备的复合纳米材料具有极好的生物相容性和优异的光热转换性能,有望成为一种新型肿瘤光热治疗材料。

石墨烯/聚二甲基硅氧烷三维非织造结构压阻柔性压力传感器

压阻式压力传感器是可穿戴器件中的关键元件。由于优异的弹性性能,以三维聚酯非织造布作为基材,还原氧化石墨烯作为活性材料,聚二甲基硅氧烷作为柔性材料,组装具有三维结构的压阻式压力传感器。该传感器具有良好的感应特性,包括短响应时间(120ms)和微弱的迟滞性(6.8%)。此外,该压阻式压力传感器可以用于检测人体的关节以及喉咙的运动情况。因此,该压阻式压力传感器成本低、灵敏度高、耐久性优良,可以作为穿戴智能设备的理想的压阻式压力传感器。

高导电三维打印石墨烯墨水的制备与性能研究

当前利用三维打印技术(3DP)制备石墨烯器件时,通常采用的化学还原法由于常使用剧毒的强还原剂,生产过程危险性大,污染性强。相较而言,热还原法制作工艺简单,参数可控性强,更适合用于通过3DP技术制备高导电集成电路器件。采用还原氧化法来制备石墨烯,通过Hummers法氧化石墨单质合成氧化石墨烯(GO),以GO作为基底材料,加入一定比例的黏结剂、分散剂等添加剂来配制可用于3DP的GO墨水。选择3DP中简单可控的直写成型(DIW)工艺来打印导电线路,并将导线置于氩气环境下的管式炉中,分别在200,500和800℃的温度中进行烧结还原,经过800℃热还原的还原氧化石墨烯(rGO),其方阻可降低至200 mΩ/以下。试验测试分析表明,配制的GO墨水可用于三维打印导电线路,且经烧结热还原后得到高电导率的rGO电子器件。

纳米铂-石墨烯修饰电极电化学检测1-羟基芘

该文以氧化石墨烯和氯铂酸混合液为前驱体,采用一步电沉积法制备了纳米铂/还原氧化石墨烯修饰电极(Pt/E-rGO/GCE),通过差分脉冲伏安法对1-羟基芘进行原位富集检测。结果表明,当溶液pH 2.0,制备Pt/E-rGO/GCE的电沉积圈数为5圈时,在50~700 nmol/L范围内,1-羟基芘浓度与还原峰电流呈线性关系,相关系数(r)为0.976,检出限(S/N=3)为12.1 nmol/L。该方法的稳定性、重现性及抗干扰能力良好,将其应用于尿样的检测,回收率为99.7%~108%,相对标准偏差为3.2%~4.2%。Pt/E-rGO/GCE的良好性能对电化学传感器的构建具有一定的实用价值。

γ射线辐照合成石墨烯/银复合多孔气凝胶及其对硝基苯酚的催化性能

在乙醇/水体系及N2氛围中,利用一步伽马射线辐照法将氧化石墨烯和银离子原位还原,并组装成具有三维网络结构的石墨烯/银复合多孔水凝胶(GH/Ag),通过冷冻干燥法得到石墨烯/银复合多孔气凝胶(GA/Ag)。通过场发射扫描电子显微镜观察到GA/Ag具有类蜂窝状的多孔网络结构;通过高分辨-透射电子显微镜可以观察到银纳米粒子尺寸范围在20~60 nm;并通过X射线光电子能谱、X射线衍射仪和热重分析等方法表明石墨烯/银纳米粒子复合材料中C元素含量增加,O元素含量降低,同时Ag+被还原及热稳定性增加。由于石墨烯和银纳米粒子之间的协同催化效应,GA/Ag对4-硝基苯酚表现出优异的催化性能,催化浓度高达2.16×10^?3 mol/L。当4-硝基苯酚浓度为0.72×10^?3 mol/L时,该催化反应一级动力学常数为1.53 min^?1,远高于常规化学法制备的复合材料的催化性能。

镧铁羟基氧化物修饰还原氧化石墨烯复合电极材料电吸附除磷效能及机理研究

污水处理厂尾水中低浓度PO^(3-)_(4)的排放是水体中总磷的主要来源,是导致水体富营养化的重要原因之一,对其开展深度去除的应用基础性研究具有重要的理论意义和实践价值.复合金属氧化物材料表现出较好PO^(3-)_(4)吸附能力,但仍然存在吸附速率较慢的问题.本研究采用溶剂热、复合薄膜压片法制备了镧铁羟基氧化物(LaFeOxHy)修饰还原氧化石墨烯(rGO)复合电极材料(LaFe-rGO),LaFe-rGO复合电极材料显著提高了对PO^(3-)_(4)的吸附速率,5 min可达到吸附平衡,在1.2 V电压下对PO^(3-)_(4)的最大吸附量为108.69 mg·g^(-1).提出了基于晶格氧提供活性位点及LaFe-rGO双电层电容电促吸附除磷机理,LaFe-rGO复合电极材料中晶格氧La-O与Fe-O同时对PO^(3-)_(4)吸附提供吸附位点,PO^(3-)_(4)与材料中的La/Fe键合以形成内球表面复合物La/Fe-PO4,掺杂在rGO表面上的LaFeOxHy增加了电极材料电容并提高了其电化学活性,促进了LaFe-rGO复合电极材料对PO^(3-)_(4)的吸附.

氧化程度对3D rGOs形貌结构及吸附性能的影响

通过改变氧化剂用量制备不同氧化程度的氧化石墨(GO),经超声分散,水热还原制备出系列三维还原氧化石墨烯(3D r GOs),采用扫描电镜、X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱和紫外可见分光光度计等分析测试手段研究了氧化程度对3D rGOs形貌结构、光谱特征和吸附性能的影响。结果表明:随着氧化程度的增加,水热还原产物在微观上由多层堆积的片状结构逐渐转向均匀多孔网状结构,最后转变为断裂碎片交联的网状结构。吸附容量随氧化程度的增加先增大后减小,当GO羟基含量最多而环氧基含量最少时,3D rGOs吸附性能最好,对罗丹明B、亚甲基蓝和甲基紫吸附量最高分别可达90.9、145.4和237.4 mg/g。

硅/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备及储锂性能

以商业纳米Si颗粒(60 nm)和天然鳞片石墨为原料,采用静电原位自组装和水热还原的方法,设计开发了具有三维笼状导电网络结构的硅/还原氧化石墨烯(Si/rGO)纳米复合材料,以该复合材料为锂离子电池负极材料,研究了Si/rGO纳米复合材料储锂性能及储能机理。结果表明:纳米Si颗粒均匀地分布在rGO三维笼状导电网络结构中,在锂离子嵌入/脱出过程中,该网络结构有效地抑制了纳米Si颗粒的体积膨胀,并且提供了更多的离子传输通道。在0.1 A/g电流密度下,Si/rGO纳米复合材料的首次放电比容量达到了1246 mA·h/g,第5次循环Coulombic效率为98.2%,容量保持率达到95.5%,表明纳米复合材料具有较快的稳定性。200次循环后,可逆容量保持在852 mA·h/g,Coulombic效率稳定在99.9%,容量保持率达到68.4%。