多孔氮化碳/石墨烯复合材料的实验制备

设计了多孔氮化碳/石墨烯复合材料的制备实验,利用三聚氰胺与氯化钠共混煅烧得到多孔氮化碳(FCN)后,以多孔氮化碳(FCN)与氧化石墨烯(GO)为基体,通过水热法合成三维多孔功能氮化碳/还原氧化石墨烯(FCN/RGO)复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜表征了FCN/RGO的内部结构和微观形貌,并通过电化学工作站分析了FCN/RGO的电化学性能。分析结果表明,与传统的块状氮化碳/还原氧化石墨烯(BCN/RGO)相比,FCN/RGO的电化学性能有显著提升,在电流密度为0.5 A/g时,比电容达到277 F/g,与BCN/RGO相比提升了29.4%;且在经过1000圈循环后比电容保持率依旧达99.1%。FCN/RGO复合材料组装的电容器充电后可点亮红色LED灯,在超级电容器电极材料领域具有一定的应用潜力。

钇掺杂钛酸锂/氧化石墨烯纳米复合材料的合成与电化学性能

以氧化石墨烯(GO)为基底,钛酸四丁酯、一水合氢氧化锂、六水合硝酸钇为原料,十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂,采用溶剂热法合成前驱体,在N2气氛保护下高温煅烧合成了钇掺杂钛酸锂/氧化石墨烯纳米复合材料。采用SEM、XRD、EDS、Raman对复合材料进行了形貌、结构和成分表征。将复合材料用作锂离子电池负极材料,采用循环伏安法、恒流充放电循环法研究了其电化学性能。结果表明,片状钛酸锂包覆在氧化石墨烯片上形成了钇掺杂钛酸锂/氧化石墨烯纳米复合材料。在100 mA/g的电流密度下,钇掺杂量为8%(以钛酸锂的物质的量为基准,下同)的纳米复合材料的首次放电比容量为145.5mA·h/g,经过100圈充放电循环后容量衰减几乎为0,经过200圈循环后容量衰减1.59%,经过300圈循环后容量衰减3.24%,与目前容量保持率只有80%左右的石墨负极相比有明显的改进。钇元素的掺杂和钛酸锂包覆氧化石墨烯形式的复合材料可以减小钛酸锂电极在充放电循环中的极化程度,从而改善了材料的循环性能。

纳米金@石墨烯复合多孔材料还原4-硝基苯酚

以负载纳米金颗粒的还原石墨烯(APR)为二维模板,采用溶剂编织法在石墨烯表面成功构建具有多孔结构的超交联聚合物(hyper-crosslinked polymer,HCP)并命名为APfR-HCP,探讨复合材料比表面积的变化及还原4-硝基苯酚(4-NP)的性能。结果表明:该新型复合材料具有较大的比表面积(568m^(2)/g)和丰富的孔道结构;多孔层结构的存在可以快速吸附水体中的小分子有机污染物并富集到金纳米颗粒表面,大大提升复合材料对常见有机污染物4-NP的催化性能;同时还可以有效阻止金纳米颗粒的团聚。APfR-HCP复合多孔材料可以在4min内迅速将4-NP还原为4-氨基苯酚(4-AP),反应速率常数K可达1.10min。APfR-HCP复合多孔材料的催化效率远大于模板APR(K=0.068min-1),并且具有良好的循环利用性,循环使用5次后仍具有良好的催化性能。

水热合成部分还原氧化石墨烯-K_2Mn_4O_8超级电容器纳米复合材料(英文)

通过控制水热反应温度以及氧化石墨烯(GO)与高锰酸钾的填料比,合成了两组部分还原的GO-K2Mn4O8纳米复合材料.X射线衍射(XRD)分析说明水热过程中合成了α-MnO2和一种新的晶相K2Mn4O8.通过X射线光电子能谱(XPS)分析了水热反应前后氧化石墨的含氧官能团的变化.扫描电子显微镜(SEM)显示样品由片状还原的氧化石墨烯构成,其表面附有许多小的纳米颗粒,这种结构有利于储能时电子的传递.通过这两组复合材料的结构分析,更好地理解了材料的电化学性能的变化.利用循环伏安法和恒流充放电测试比较了材料的电容性能.用1mol·L-1的硫酸钠做电解液,电位范围是0-1V,在1A·g-1的电流密度下,测得的样品最佳比电容达到251F·g-1,能量密度为32Wh·kg-1,功率密度为18.2kW·kg-1.并且在5A·g-1的电流密度下循环1000次后样品的比电容仍维持在初始比电容的88%.

TEOS-GO掺杂的银基离子聚合物金属复合材料的制备及其致动性能

离子聚合物金属复合材料(IPMC)是一种新型的电驱动软材料,具有质量轻、驱动电压低的优点,但也存在输出力较小、驱动时间短的缺点,限制了其应用前景。提出了一种在基膜内掺杂硅酸乙酯-氧化石墨烯(TEOS-GO)以提高保水性和驱动能力的银基IPMC,通过对纯Nafion IPMC与TEOS-GO/Nafion IPMC致动器的含水量、尖端位移、输出力和稳定性等参数的测试,证实优化后IPMC的驱动性能有明显的提升。实验结果表明,掺杂质量分数1.5%TEOS-GO的IPMC在3 V直流电压下,尖端位移达到16.579 mm,相当于纯Nafion IPMC的3.37倍;输出力最高达到0.439 gf(1 gf=9.8 mN),是纯Nafion IPMC的5倍。这种改进方式弥补了IPMC用于致动器的缺点,为今后的发展开拓了前景。

γ-射线辐照法制备氧化亚锰／石墨烯复合材料及其储锂性能研究

本文利用γ-射线还原制备氧化亚锰／石墨烯复合材料．该实验方法能够在不添加表面活性剂的条件下获得在溶剂中均匀稳定分散的氧化亚锰／石墨烯复合材料其中氧化亚锰纳米粒子的生长速度可控制在0．8nm／h，因此可在避免表面活性剂的情况下实现氧化亚锰颗粒在石墨烯表面的尺寸调控和均匀分散．这些结构特征使得γ-射线还原法制备的氧化亚锰／石墨烯复合材料在用作储锂负极材料时展现出优异的倍率性能：2分钟充电可以获得高达546mA·h／g的质量比容量（相对复合材料质量）．

水热法制备还原氧化石墨烯-硫复合材料的性能

以湿法制备的硫溶胶和氧化石墨烯为前驱体,采用水热法还原不同酸碱体系的氧化石墨烯,制备石墨烯-硫复合材料。通过XRD和场发射扫描电子显微镜（FESEM）等对产物进行分析。石墨烯以薄膜状包覆在硫颗粒表面。恒流充放电、交流阻抗和循环伏安测试结果表明：180℃、酸性条件下水热12 h制备的复合材料电化学性能较好,以0.2 m A/cm2的电流密度在1.5-3.0 V充放电,首次放电比容量为803.72 m Ah/g,循环20次衰减至592.40 m Ah/g,容量保持率为73.71%。

高温驱动氧化锰刻蚀制备纳米氧化锰-多孔石墨烯及其锂空气电池性能研究

本文通过简单的电荷吸附制备了高分散的氧化石墨烯含锰化合物(Mn-GO),利用高温驱动下氧化锰的生长以及热运动同时实现了GO的还原、刻蚀和纳米氧化锰的负载,即成功构筑了纳米氧化锰-多孔石墨烯复合材料(MnO-PGNSs).对影响GO分散性的Mn2+的添加量、影响GO层数的分散液浓度以及影响MnO热运动的烧结条件进行了详细的考察.研究发现,当Mn-GO同时满足优异的分散性、适合的片层厚度和烧结条件(>800oC,>2h),才能在GNSs表面刻蚀成孔制备得到MnO-PGNSs.本文进一步将MnO-PGNSs作为锂空气电池正极材料,结果表明在50 mA·g-1的电流密度下深度放电后容量达到5100 mA h·g-1,相比于GNSs和PGNSs,MnO-PGNSs具有更高的比容量.锂空气电池性能的提高得益于GNSs表面的多孔结构和MnO优异的催化活性.

聚3-己基噻吩/氧化石墨烯复合材料的制备与光学性能研究

首先对氧化石墨烯(GO)进行酰氯化得到石墨烯酰氯(GO-Cl),再与3-噻吩甲酸反应形成石墨烯基噻吩(GOT),然后GOT与3-己基噻吩(3-HT)接枝共聚得到聚3-己基噻吩(P3HT)/GO复合材料(P3HT-g-GO)。通过红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)及元素分析(EDX)对产物进行了表征。用热重分析(TGA)研究了复合材料的热稳定性。用紫外吸收(UV-vis)、荧光发射光谱(AFS)、Z-扫描技术(Z-scan)初步研究了P3HT-g-GO的非线性光学特性(NLO)。结果表明,含有5%(wt,质量分数)GO的P3HT-g-GO紫外吸收相对于P3HT发生了16nm的红移。随着GO含量的增加,复合材料容易产生荧光猝灭现象。在相同的线性透过率下,复合材料的非线性吸收系数(18cm/GW)高于纯的P3HT(10cm/GW)和GO(9.2cm/GW),说明P3HT-g-GO具有良好的NLO特性。

溶胶-凝胶法原位制备还原氧化石墨烯/二氧化钛复合材料及光催化性能

采用溶胶-凝胶法和改进的Hummers法制备了还原氧化石墨烯/二氧化钛(RGO/TiO2)复合光催化剂。对该光催化剂的形貌、结构进行了表征与分析,并以亚甲基蓝(MB)模拟有机废水,研究了该复合材料的光催化性能。结果表明,大量TiO2粒子负载在RGO片层表面形成膜层,分散均匀;在RGO/TiO2中,TiO2为锐钛矿型,RGO仍保留部分含氧官能团;RGO的引入使得RGO/TiO2吸收带发生红移,能带宽度由3.2 eV降低至3.0 eV;RGO/TiO2复合光催化剂具有良好的光催化降解性及循环稳定性,在持续光照MB溶液30 min后,最高降解率可达96.9%,5次循环光催化降解后,RGO/TiO2仍有近90%的降解效率。

基于植物模板法制备高性能石墨烯/氧化锰复合材料及其电化学性能

以植物膜作为碳源和模板,通过浸渍氯化锰溶液并经两次煅烧合成了石墨烯/氧化锰复合材料,分析了该复合材料的微观形貌、物相组成以及表面性能;将该复合材料制成电极,通过循环伏安和恒流充放电方法测试了其电化学性能。结果表明:石墨烯/氧化锰复合材料中不存在氧化石墨烯,其石墨烯为褶皱状片层结构,厚度约1.449nm,其上负载着大量粒径为10~40nm的氧化锰颗粒;该复合材料的BET比表面积约为202.5m^2·g^(-1),孔径分布于5~30nm;该复合材料的电化学反应可逆性优良,比电容为245F·g^(-1),远高于市购碳粉(25~26F·g^(-1))和植物膜煅烧制备石墨烯(45~50F·g^(-1))的。

Cr-MOFs/氧化石墨烯复合材料H_2及CO_2储存研究

采用水热法合成了不同配比的金属有机框架化合物(metal-organic frameworks,MOFs)MIL-101和氧化石墨烯的多孔复合材料,并测试了其对氢气和二氧化碳的吸附性质。对多孔复合材料进行了X射线粉末衍射、红外光谱、热重分析和氮气吸附等一系列表征分析。复合材料与MIL-101具有相似的晶体结构和物理性质,但H2和CO2的吸附性能分别提高了3.7%和12.5%:在77 K和0.1 MPa条件下,H2的吸附量从MIL-101的1.87%(质量分数)提高到MG-2的1.94%;在273 K和0.1 MPa条件下,CO2的吸附量从MIL-101的5.43 mmol/g提高到MG-2的6.11 mmol/g。分析认为,由于多孔的MOFs材料MIL-101在氧化石墨烯表面环氧基团作用下,其晶粒尺寸得到控制且均匀分散,因此复合材料的气体吸附性能得到了显著的改善。

还原石墨烯改性二氧化钛/壳聚糖多孔复合材料的光催化性能

采用冷冻浇注法制备TiO_2/壳聚糖多孔复合材料,研究二氧化钛含量对该复合材料的微观结构、抗压强度及光催化性能的影响。结果表明:TiO_2/壳聚糖多孔复合材料具有明显的长程有序结构,片层状排列的平行度良好。随TiO_2含量(质量分数,下同)从66.7%增加到88.8%,片层中的孔间距从50~45μm逐渐减小到5~10μm,片层厚度从2~3μm增加到20~25μm,多孔片层的致密度增大,复合材料的抗压强度也从0.05 MPa提高到0.12 MPa。当壳聚糖含量为13.3%、二氧化钛含量为85.7%、还原石墨烯含量为1%时,通过添加还原石墨烯对二氧化钛进行改性,所得的TiO_2/壳聚糖多孔复合材料在300 min时对甲基橙的光降解率由92.4%提高到97.0%。

基于四氧化三钴-石墨烯纳米复合材料的电化学DNA传感器

以离子液体碳糊电极(CILE)为基底电极,四氧化三钴-石墨烯(Co_3O_4-GR)纳米复合材料为修饰剂制备了一种新型电化学DNA传感器,并应用于副溶血弧菌tlh特征序列测定.利用壳聚糖(CTS)将Co_3O_4-GR复合材料固定在CILE表面,然后将探针ssDNA序列通过吸附法固定在CTS/Co_3O_4-GR/CILE上,与目标ssDNA序列发生特异性的分子杂交反应,以铁氰化钾为电化学信号分子,根据杂交反应前后伏安信号的差异实现了对目标ssDNA检测的目的,建立相应的工作曲线,求解线性范围和检测限等分析参数.由于复合材料具有大的比表面积故能够增加探针ssDNA的负载量,其高导电性有效地提高电化学响应信号.在最佳实验条件下使用差分脉冲伏安法可对1.0×10^(-14)~1.0×10^(-6)mol/L浓度范围的目标ssDNA序列进行检测,检测限为3.3×10^(-15)mol/L(3σ),该DNA传感器可有效识别单碱基和三碱基错配序列,具有良好的应用前景.

基于还原氧化石墨烯-钯复合材料的双酚A分子印迹电化学传感器的研究

采用分子印迹技术,以还原氧化石墨烯-钯复合材料(rGO@Pd)修饰电极为工作电极,双酚A为模板分子,吡咯为聚合单体,成功制备出双酚A分子印迹电化学传感器。采用循环伏安法(CV)、差分脉冲伏安法(DPV)和电化学交流阻抗法(EIS)等,考察了该传感器的电化学性能。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FT-IR)等技术对传感器表面进行结构分析。在最佳实验条件下,该电极的峰电流与双酚A在1.0~10.0 nmol/L浓度范围内呈良好线性关系,相关系数(r)为0.997 7,检出限(S/N=3)为0.1 nmol/L。该电极表现出良好的灵敏度、选择性、重现性和稳定性,已成功应用于自来水中双酚A含量的测定,加标回收率为92.1%~108.0%。

TiO_2/氧化石墨烯复合材料的合成及光催化性能研究

以自制氧化石墨、钛酸丁酯为主要原料,用溶胶-凝胶法制备了TiO2/氧化石墨烯(TiO2/GO)复合材料,采用TEM、XRD对其进行表征。以活性艳红X-3B溶液为模拟废水,研究了该复合材料的光催化降解性能,考察了氧化石墨烯含量、染料初始浓度、催化剂用量等因素对其光催化降解率的影响。结果表明:氧化石墨烯片层上均匀负载着锐钛矿型的TiO2球形颗粒,粒径在10 nm左右;当TiO2/GO复合材料中加入的GO含量为100 mg时光催化活性最好,比相同条件下纯TiO2和TiO2与氧化石墨物理混合物的光催化活性有明显提高;相同条件下,降解率随溶液初始浓度的升高而降低,催化剂用量存在最佳值,100 mg/L的活性艳红X-3B溶液,催化剂用量的最佳值为0.8 g/L,反应60 min后其降解率可达96%。

基于石墨烯-TiO_2复合材料的蛋白质电化学传感器的研究

采用层层涂布法把石墨烯-二氧化钛(GR-TiO_2)复合材料、血红蛋白(Hb)和Nafion滴涂在固体电极表面制备出相应的蛋白质电化学传感器.为了证明Hb与复合材料混合后其原始构象基本不变,采用光谱技术进行表征.利用循环伏安扫描在Hb修饰电极上出现一对良好对称峰形的准可逆氧化还原峰,表明电活性的Hb发生反应.同时利用此方法求解了电化学参数如电子传递系数和异相电极反应速率常数,考察了该电化学传感器对三氯乙酸的电催化行为.

功能化氧化石墨烯纳米带/EVA复合材料薄膜的制备及表征

采用纵向氧化切割多壁碳纳米管法制得氧化石墨烯纳米带(GONRs),通过硅烷偶联剂KH-570与GONRs反应得到功能化氧化石墨烯纳米带,随后利用溶液成型的方法在涂膜机上制得功能化氧化石墨烯纳米带(K-GONRs)/乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)复合材料薄膜。用FTIR,XRD,XPS,TEM,FE-SEM,氧气透过仪和电子万能试验机研究了复合材料的结构与性能。研究表明,本实验成功制得薄条状K-GONRs,其层间距约为0.970nm,相比GONRs增加了0.095nm;K-GONRs形状均一、规整并均匀分散于EVA基体中;当K-GONRs质量分数为1%时,K-GONRs/EVA复合材料薄膜的氧气透过率和拉伸强度相比纯EVA薄膜分别降低了54.5%和提高了89.3%,阻隔性能和力学性能得到明显改善。

锂-氧电池用石墨烯/层状双金属氢氧化物纳米复合材料的制备及性能研究

为有效提升锂氧电池的电化学性能,以钴铝复合金属氢氧化物(Co Al-LDH)作为催化剂,研究其对锂空气电池性能的影响.采用工艺简单、成本低廉的共沉淀法将其与石墨烯复合后,制备出r GO/Co Al-LDH纳米复合材料,并将其应用于锂氧电池.采用X射线衍射、拉曼光谱、同步热分析和扫描电镜对材料结构进行表征,利用恒流充放电测试、交流阻抗测试(EIS)和线性伏安扫描(LSV)对电池电化学性能进行表征.研究结果表明:制备得到的纳米复合材料可明显提升氧还原反应(ORR)的催化活性,首次放电容量达到2 662 m A·h·g^(-1),与单纯石墨烯相比提高了51.5%,同时充电电位降低了430 m V.循环过程中电池库伦效率较高,电池循环性能得到显著改善.

分级多孔石墨烯/活性炭复合材料的制备及其电化学电容性能分析

采用液相共混法,以酚醛树脂和氧化石墨为原料,得到氧化石墨烯/酚醛树脂复合材料,再通过高温碳化和活化工艺,制备出石墨烯/活性炭复合材料.采用循环伏安和恒流充放电测试表征其电化学电容性能,结果表明:该复合材料在0. 5 A·g-1的电流密度下比电容高达197 F·g-1,当电流密度增加到10 A·g-1时,比电容为163 F·g-1,电流增加20倍,电容保持率为83%,在0. 5 A·g-1的电流密度下循环1000次,未见容量有衰减,电容保持率为100%.这表明该复合材料具有优良的电容性能.