三维网络结构镍钴氢氧化物/石墨烯水凝胶复合材料的合成及电化学性能

本工作采用化学还原法对氧化石墨烯进行预还原,再将其与Ni(NO_(3))_(2)·6H_(2)O、Co(NO_(3))_(2)·6H_(2)O混合进行水热反应,得到三维网络结构镍钴氢氧化物/石墨烯水凝胶复合材料,通过调节氧化石墨烯的量获得电化学性能最佳的镍钴氢氧化物/石墨烯水凝胶(NiCo-OH/GH_(100)),镍钴氢氧化物纳米片均匀分布在石墨烯表面。0.5 A/g电流密度下NiCo-OH/GH_(100)的比容量为590 F/g,电流密度增加到10 A/g时比容量保持率为76.1%,展现出较高的比容量和良好的倍率性能。组装的NiCo-OH/GH_(100)//碳纳米管复合氮掺杂石墨烯水凝胶(NCGH)非对称超级电容器(ASC)在20 A/g下充放电循环10 000次,比容量保持率达92.9%,功率密度为375 W/kg时的能量密度达23.9 Wh/kg。

Ag/氮掺杂石墨烯水凝胶的催化性能研究

以氧化石墨烯(GO)作为前驱体,聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)为添加剂,采用水热法制得负载了Ag纳米颗粒的氮掺杂石墨烯水凝胶(Ag/N-RGOH),反应产品通过SEM、XRD、拉曼等手段得到了验证,并使用10 mM苄氯+1-丁基-3甲基咪唑三氟甲磺酸盐离子液体电解液研究其电化学还原苄氯的性能。结果表明所制备的Ag/N-RGOH材料对苄氯有良好的电催化活性及催化稳定性。

自撑式石墨烯水凝胶诱导人脂肪干细胞成骨分化的体外研究

目的通过体外实验评价本课题组制备的自撑式石墨烯水凝胶(self-sustaining graphene hydrogel,SGH)的骨诱导性能。方法 (1)将人脂肪干细胞(hADSC)接种于SGH和玻片表面,采用荧光显微镜图像计数检测ADSC在材料表面粘附能力;通过扫描电镜观察材料本身的表征及细胞在SGH表面生长的形态;(2)SGH组加入普通培养液作为实验组,玻片组加入成骨培养基作为诱导组,玻片组加入普通培养液作为对照;通过实时定量荧光PCR、ALP活性检测和茜素红半定量测定钙沉积评价各组hADSC的分化及成骨能力。结果 hADSC能以等同于在玻片表面的粘附效率和正常的形态在SGH表面生长。实验组细胞在不同时间点成骨相关基因的表达水平、ALP活性以及钙盐沉积量均显著高于对照组而略低于诱导组(P<0.05)。结论自撑式石墨烯水凝胶作为一种生物相容性材料,具有较强的诱导人脂肪干细胞成骨分化的能力。

杂原子掺杂三维石墨烯水凝胶的制备及电化学性能

采用水热法分别制备了氮、磷、硫等杂原子掺杂的三维石墨烯水凝胶电极材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱仪、X射线衍射仪(XRD)和光电子能谱仪(XPS)对材料的微观结构进行了分析,并利用电化学方法对材料的电化学性能进行了研究。结果表明:氮、磷、硫等杂原子掺杂入石墨烯晶格,掺杂的石墨烯呈现三维多孔层状形貌。杂原子的掺杂均有利于提高石墨烯的电化学性能,其中以磷掺杂石墨烯电极材料的性能最佳,原子半径最大的P掺杂使石墨烯晶格畸变加剧,比表面积显著增大进而保证了电解质在材料中的快速嵌入和脱出。在1 mol/L H2SO4的电解液中,电流密度为1 mA/cm^2时,其比容量388 F/g,组装成对称双电极电池装置,其能量密度在1 A/g的电流密度下可达到25.2 Wh/kg。优异的电容性能主要源于杂原子掺杂所提供的法拉第赝电容。

水热法制备氮掺杂石墨烯水凝胶及其超电容性能研究

采用水热法,以三聚氰胺为氮源,制备了氮掺石墨烯水凝胶(H-NGH)。H-NGH具有三维交联网状多孔结构,孔径大多在0.5~1μm。所得H-NGH的含水率为96.5%,含氮量8.61at%,且氮元素分布均匀,以吡啶氮和吡咯氮为主。将所得H-NGH用作超级电容器电极,表现出了优异的超电容性能。0.5 A/g电流密度下,H-NGH的比电容为335.5 F/g;从0.5 A/g到10 A/g,H-NGH的电容保持率为76.8%。10 A/g下,经20000圈循环,H-NGH的比电容未见衰减,库伦效率始终在100%左右。

锂离子电池用三维氧化锡/石墨烯水凝胶负极材料

通过溶液水解反应在氧化石墨烯表面引入氧化锡(Sn O2)纳米颗粒,再经过自组装作用形成具有三维结构的氧化锡/石墨烯水凝胶(Sn O2-GH)负极材料。其中三维多孔的石墨烯水凝胶为碳质缓冲基体,Sn O2纳米颗粒为活性物质,其颗粒尺寸为2-3 nm,均匀分布在石墨烯层上,担载量可以达到54%(w,质量分数)。直接将该材料用作锂离子电池负极时,在5000 m A?g^(-1)的大电流密度下循环60次容量稳定在500 m Ah?g^(-1),电流减小到50 m A?g^(-1)循环80次后容量仍高达865 m Ah?g^(-1)。这些优异的循环稳定性和大电流充放电性能主要得益于三维石墨烯水凝胶的疏松、多孔结构和良好的导电性。石墨烯水凝胶能够提高电极比表面积,保证电解液对电极的浸润程度;内部空隙能够为锂离子的传输提供快速通道,缩短离子传输距离和时间。同时丰富的内部空间能够有效避免Sn O2纳米颗粒团聚,缓冲Sn O2巨大体积膨胀,维持电极结构的稳定性,是一种非常适于大电流充放电的锂离子电池负极材料。

苯酚存在下制备的还原氧化石墨烯水凝胶的电化学性能（英文）

在苯酚存在下,通过水热法制备了还原氧化石墨烯水凝胶(rGOHPhs),详细地对样品进行了表征并系统地研究了氧化石墨烯与苯酚的比例和水热处理温度对所得水凝胶电容性能的影响。结果表明,制备的样品都具有三维网络结构,与不存在苯酚时制备的水凝胶(rGOHs)相比,在优化条件下制备的rGOHPhs的比表面积(422m2g-1),但具有大的总孔体积,说明在制备过程中,苯酚既有还原作用还具有结构调节作用。以制备的水凝胶为电极材料,组装了对称电化学电容器并采用两电极法对其性能进行了测试。发现在1mVs-1的扫描速率下,材料的比电容可达260.0Fg-1,远大于rGOH的182.5Fg-1;并且rGOHPhs具有良好的倍率性能和循环稳定性,在500mVs-1的电流密度下其比电容值仍达138.1Fg-1;经过12000圈循环,仍可保留其初始电容值的98.3%。基于电极材料质量,在功率密度分别为0.125和16kWkg-1时,组装的电容器的能量密度可达8.9和2.0WhKg-1。这种发达的多孔网络归因于苯酚及其氧化产物醌吸附在rGO表面作为间隔和氧化还原对来提供赝电容。

阳极电沉积制备锰氧化物/石墨烯水凝胶复合电极

为提升石墨烯基电极活性材料的比容量,采用电沉积制备锰氧化物/石墨烯复合电极材料。石墨烯水凝胶在醋酸锰水溶液中的阳极化处理在微孔中电沉积了氧化锰,改善了氧化石墨烯的表面化学环境。在沉积过程中,还原氧化石墨烯表面发生了含氧官能团的部分脱除。得益于氧化锰赝电容的贡献,复合电极的比容量随沉积时间延长逐渐增大,从110.8增加到309.7F·g-1。经5000次充放电循环后,复合电极仍然具有94.1%的初始容量。

Bi2MoO6/石墨烯水凝胶复合光催化剂的制备及其在水净化中应用的综合实验

针对环境废水处理的实际问题,设计了吸附-光催化技术协同处理工业废水的综合实验。实验采用水热法合成Bi2MoO6/石墨烯复合水凝胶光催化剂;通过XRD、SEM、UV-vis和电化学手段等对其结构、形貌、光吸收和光电性能等进行表征;采用亚甲基蓝为探针分子检测复合水凝胶光催化剂的废水处理能力;最后探讨复合水凝胶吸附富集-光催化降解协同处理有机废水的去除机理。该实验涉及材料制备、表征和性能评价等多个实践环节,涵盖了环境化学、材料和水处理等多个学科领域。通过该实验可以提高学生的科研动手能力和解决实际问题能力,有助于增强学生的科研创新意识,培养学生的综合实践能力。

石墨烯水凝胶制备及在铅酸蓄电池阴极板中的应用

使用Hummers法制备石墨烯,通过XRD和SEM表征材料的物相与微结构,将石墨烯制备的水凝胶与铅膏混合进行阴极涂布。通过循环伏安法、恒流充放电法研究了石墨烯铅复合材料的电化学性能,表明石墨烯铅复合物的充放电性能、循环性能均得到了改善。

镧掺杂石墨烯水凝胶对罗丹明染料的光降解性能

利用石墨烯在一定条件下形成凝胶的特性,采用水热法原位掺杂金属离子(Ag^+、Cu^(2+)、La^(3+))制备了掺杂金属石墨烯基水凝胶(AgGH、CuGH、LaGH)。该水凝胶对染料表现出良好的光降解能力。金属掺杂石墨烯基水凝胶降解罗丹明的速度遵循LaGH>CuGH>AgGH的顺序。光解试验表明,La^(3+)掺杂LaGH的最佳浓度为2 mmol/L。XRD和FTIR表征说明,经过水热反应后,LaGH中出现了镧的氧化物和氢氧化物。该水凝胶循环5次后仍能保持较好的光解染料的能力。淬灭试验表明,光照条件下掺杂金属石墨烯基水凝胶表面产生的空穴和超氧化物是分解染料的主要活性基团。

石墨烯水凝胶光蒸馏装置的性能研究

本研究通过简单的水热法制备得到了自组装石墨烯水凝胶(SGH),并对其蒸发性能和实际应用潜力展开研究。实验结果表明,SGH孔隙丰富,全光谱吸收率>95%,具有优良的蒸发性能和脱盐能力。在一个标准太阳光下,SGH的净蒸发速率可达1.93 kg·m^(-2)·h^(-1),光热转化效率为87%,而且盐浓度对蒸发速率的抑制作用不明显。同时,本研究自制了一个阶梯式太阳能蒸馏器,根据实验室和户外条件下的蒸馏实验结果,当光强相对稳定时,该蒸馏器的时平均产水速率最高可达1.65 kg·m^(-2)·h^(-1),而且出水水质满足饮用要求。因而,本研究开发的石墨烯水凝胶光蒸馏装置是具有实际应用价值的。

g-C3N4/石墨烯水凝胶复合光催化剂降解四环素研究

通过简便的水热处理合成了g-C3N4/石墨烯水凝胶(CGH)复合光催化剂,并用于降解水体中的四环素(TC)。CGH中石墨烯水凝胶的质量比会影响CGH的吸附和光催化降解能力,最佳CGH的比例为100∶10,在90 min内去除了74.6%的四环素。溶液初始pH和光催化剂投加量均对CGH-10降解四环素有较大的影响。复合光催化剂具有良好的稳定性,并且h+是反应体系中的主要活性物质。

氧化还原电解液中石墨烯水凝胶超电容性能研究

以聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)作为添加剂,氧化石墨烯(GO)作为前驱体,采用水热法制得具有三维多孔结构的石墨烯水凝胶(RGOH),反应产品通过SEM、XRD、拉曼等手段得到了验证,并在对苯醌(C 6 H 4 O 2)的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM]BF 4)电解液中研究其超电容性能。结果表明:选用C 6 H 4 O 2/[BMIM]BF 4作为电解液体系,相较于水相电化学电容器体系,能够使RGOH 5//RGOH 5电容器展现出更为优异的电容性能。

高分配系数丙烯酸-氧化石墨烯水凝胶快速吸附吖啶橙动力学研究

本文探索了石墨烯水凝胶和H-AA-GO对吖啶橙(简称AO)的吸附动力学。结果表明:当浓度为50 mg/L,在100分钟内,石墨烯水凝胶和H-AA-GO对吖啶橙的去除率分别为35%和99.7%,H-AA-GO对AO吸附分配系数数值,从开始的30 min、0.7增加到2;30~60 min,从2增加到6;60~90 min,从6增加到18;90~120 min内,从18增加至最大值26,呈现较高的分配系数。H-AA-GO对吖啶橙的快速去除率源于羧基基团电离出的氢离子与吖啶橙分子中N带有的孤对电子形成路易斯酸碱。吸附动力学方程拟合数据表明:用准二级动力学描述H-AA-GO对吖啶橙的吸附行为更准确。

泡沫镍@石墨烯水凝胶@镍钴氢氧化物的制备及其超级电容性能

采用水热法将石墨烯生长到泡沫镍上,获得泡沫镍@石墨烯水凝胶基底材料(NF@GH),再以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为导向剂,在120℃下水热反应后得到NF@GH@NiCoLDH。并研究了石墨烯水凝胶对NF@GH@NiCoLDH复合材料电化学性能的影响。1 mA cm^(-2)电流密度下NF@GH@NiCoLDH的比容量可达3658 mF cm^(-2),15 mA cm^(-2)时的比容量保持率为67.5%,高于NF@NiCoLDH(58%);10000次循环后的容量保持率为62%(15 mA cm^(-2)),具有较好的循环稳定性和倍率性能。以NF@GH@NiCoLDH为正极材料组装的不对称超级电容器比容量为909 mF cm^(-2)(1 mA cm^(-2)),器件的最高能量密度为0.25 mWh cm^(-2)(功率密度为0.7 mW cm^(-2))。

磷掺杂还原氧化石墨烯/聚苯胺复合水凝胶的制备及性能研究

石墨烯/聚苯胺复合材料作为超级电容器的自支撑电极材料具有巨大的潜力。以磷酸为磷源的水热还原法制备磷掺杂还原氧化石墨烯(P-rGO)水凝胶,再以P-rGO水凝胶为基质在3种溶剂(正己烷、水和四氯化碳)中负载聚苯胺,合成磷掺杂还原氧化石墨烯/聚苯胺(P-rGO/PANI)复合水凝胶。利用X射线衍射、扫描电子显微镜表征产物的微观形貌与结构,运用电化学工作站测试该材料的电化学性能。以1 mol/L的H_(2)SO_(4)溶液为电解质,经过1000圈循环测试后,材料的比电容保持率均为81%以上,表明其有作为超级电容器电极材料的潜质。该研究为开发出低成本、高性能的超级电容器电极材料提供了实验依据和理论指导。

石墨烯季铵基水凝胶对阴离子染料的高效吸附机理研究

采用水热合成法制备了石墨烯基水凝胶(GH),并成功嫁接季铵基制备了石墨烯季铵基水凝胶(GHP)。采用扫描电镜、元素分析、红外吸收和Zeta电位对GHP理化性质进行了表征,考察了不同pH下GHP对阴离子染料甲基橙(MO)的吸附。结果表明:(1)GHP对MO的吸附行为更符合Langmuir和拟二级动力学模型,表明吸附过程为单层的化学吸附。(2)随溶液pH增加,材料表面官能团产生去质子化,所带负电荷增加,对MO的吸附能力下降,而在嫁接季铵基后,季铵基能在较宽pH范围内保持正电,使其与MO间静电斥力减弱,吸附量增加,使得聚二甲基二烯丙基氯化铵加入量(质量分数)为2%的GHP(GHP-2%)在pH为3.0、7.0下对MO的最大吸附量分别达到398.448、224.473 mg/g。(3)由于GHP-2%高度发达的孔隙结构,MO在其孔内扩散时间较长,导致其吸附MO的平衡时间明显长于其他材料。

三维硫氮双掺杂石墨烯/二氧化锰复合水凝胶的制备及性能研究

以氧化石墨烯(GO)为主要原材料制备了三维硫氮双掺杂石墨烯/二氧化锰(G/MnO2)复合水凝胶,并将其作为超级电容器的无支撑电极材料进行电化学性能研究。以硫脲为S和N源的水热还原法制备S和N双掺杂GO,S和N的成功掺杂,增加了活性位点。再以S和N双掺杂GO水凝胶为基质负载MnO_(2)。利用X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜表征产物的微观形貌与结构,运用电化学工作站测试该材料的电化学性能。结果表明:当硫脲投入量为0.12 g制备的S和N双掺杂G/MnO_(2)复合水凝胶在电流密度为2 A/g时,该材料的比电容为234 F/g。且以1 mol/L的Na_(2)SO_(4)作为电解质,经过1000圈长循环测试后,该材料的比电容保持率为89%。

可循环利用BiOBr/石墨烯水凝胶复合材料的制备及其对丁基钠黄药的降解性能

本文利用水热法合成BiOBr/石墨烯(BiOBr/RGO)水凝胶复合材料,采用XRD、SEM等手段表征复合材料的组成、形貌特征,并探究了BiOBr/RGO水凝胶复合材料对正丁基钠黄药的降解性能。结果表明,成功制备出有利于回收利用的三维宏观BiOBr/RGO水凝胶复合材料;50 mL浓度为25 mg/L的正丁基钠黄药溶液,降解时间为85 min时,10 mg BiOBr/RGO水凝胶复合材料(BiOBr质量分数为92wt%)对黄药的降解率可达96.69%,而纯BiOBr降解率仅为44.84%。总之,RGO的引入可以提升BiOBr的光催化性能,且宏观材料有利于回收再利用。