石墨烯纳米复合材料在水处理中的应用研究进展

深入研究石墨烯纳米复合材料在水处理中的前沿应用及其独特性能,通过引入新颖的功能化方法,优化多组分体系下的性能以及强调可持续发展和环境友好性,探讨了石墨烯纳米复合材料在解决实际废水处理中所存在的问题,通过多层次的分析,提供一种全面而复杂的视角,以推动石墨烯纳米复合材料在水处理领域的进一步应用和发展。

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。

石墨烯纳米复合材料加热技术改善冬季结冰自融路面应用研究

随着当下气候变化和交通出行的日益增加,冬季结冰自融路面问题也越来越凸显。本篇文章主要通过将石墨烯纳米复合材料加热技术应用于道路表面,进而探讨了其在减缓冬季结冰自融路面问题方面的潜力。经过实验表明。石墨烯纳米复合材料加热技术能够有效地减少道路表面的结冰情况,提高路面的自融性能和减少对环境和人体的污染。

天然橡胶/石墨烯纳米复合材料的制备及耐核辐射性能

采用乳液共混和原位还原法制备了天然橡胶(NR)/还原氧化石墨烯(RGO)纳米复合材料,研究了γ射线辐照对复合材料力学性能和热稳定性的影响.研究结果表明,RGO以少数几层堆叠片层结构均匀分散于NR基体中.RGO的加入可显著提高NR的力学性能和热稳定性,加入质量分数为0.6%的RGO可使材料拉伸强度由(22±1.4)MPa提升至(25±1.1)MPa,质量损失50%对应的温度(T50)升高6.4℃.经200 k Gy的γ射线辐射后,纯NR的拉伸强度和T50分别下降了75%和4.5℃,而NR/RGO-0.6%复合体系仅分别下降了56%和1.2℃.揭示了RGO提高材料耐辐射性能的机理,由于RGO可捕捉猝灭因辐射产生的自由基,从而减弱了辐射老化降解和交联反应的发生.

石墨烯纳米复合材料合成及其在光催化氧化降解和还原制备氢能中应用的研究进展

石墨烯因独特的二维纳米结构和优良的物理化学性能已经成为近年来纳米材料研究的热点领域之一。作为一类新型的碳基材料,石墨烯纳米复合材料已经广泛地应用于多相光催化的诸多方面。对石墨烯纳米复合材料的制备、光催化还原制氢原理、光催化氧化染料降解原理、光催化活性的主要影响因素、石墨烯纳米复合材料在光催化氧化污染物降解、光催化还原制氢以及CO2还原制甲醇中的应用等领域的最新研究进展进行了较系统的综述,对一些新的光催化反应以及反应机理进行了归纳总结,提出了石墨烯纳米复合材料存在的问题以及未来的发展方向。

CVD合成的掺杂BNx-石墨烯纳米复合材料:结构和发光性能

用B4C为硼源,利用CVD系统在N2-H2等离子体中合成了掺杂BN_x纳米棒,接着在掺杂BN_x纳米棒表面用CH4生长了石墨烯纳米片,制备出掺杂BN_x-石墨烯三维纳米复合材料。一系列表征结果说明合成的纳米复合材料由C和O共掺杂的BN_x纳米棒和石墨烯纳米片组成,其形成与碳氢基团的转换和掺杂BN_x纳米棒的形变在石墨烯纳米片中产生的应力有关。室温发光性能表明石墨烯纳米片对掺杂BN_x纳米棒的紫外光和绿光有明显的猝灭作用,起源于掺杂BN_x-石墨烯界面上的电荷转移和电子散射。

Ag-石墨烯纳米复合材料的室温制备及其结构分析

在室温条件下利用水合肼将氧化石墨烯和AgNO3还原获得Ag-石墨烯纳米复合材料,并利用X射线光电子能谱(XPS),X射线衍射(XRD),X射线能谱(EDX)及高分辨透射电镜(HRTEM)等方法对制备的纳米复合材料进行分析。结果表明:Ag-石墨烯复合材料中石墨烯的含氧官能团数量大幅降低,氧化石墨烯已被还原为石墨烯;Ag纳米颗粒附着在石墨烯表面,Ag纳米颗粒的平均尺寸为25 nm,该复合材料表现出很强的表面增强拉曼效应,有望在非线性光学、传感器、电催化等领域获得广泛应用。

石墨烯纳米复合材料热膨胀特性分析综述

基于细观力学理论,将石墨烯的形状视为扁椭球形并将其取向随机化,建立一种可计算石墨烯纳米复合材料热膨胀系数的理论模型,以及石墨烯/环氧树脂纳米复合材料RVE的热膨胀模型。对石墨烯纳米复合材料热膨胀特性进行讨论,对纳米复合材料的热膨胀系数受石墨烯的含量、长径比、取向分布等因素的影响进行分析。

氧化锡粒子/石墨烯纳米复合材料真空热还原制备及其在近红外胰腺癌热疗中的应用

利用真空热还原法制备得到氧化锡粒子/石墨烯纳米复合材料(SnO2/GR),该过程中,石墨烯氧化物原料既是氧化锡粒子的有效载体来源,也是新型的活泼氧给体,可同步将零价锡氧化为正四价锡,石墨烯氧化物原料则被还原为石墨烯。利用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱等分别对氧化锡粒子/石墨烯纳米复合材料的形貌和尺寸、结构进行了表征。利用该新型材料在近红外(NIR)激光照射下的强光热转化性能,使相比健康细胞更易受到温度影响的胰腺肿瘤细胞内部产生过高热(Hyperthermia),从而诱导胰腺肿瘤细胞热损伤及细胞凋亡。实验结果表明,在1064nm近红外激光照射下,对照组胰腺肿瘤细胞仍保持较高活性,而实验组的胰腺肿瘤细胞活力则大幅降至5.03%,充分显示了氧化锡粒子/石墨烯纳米复合材料在胰腺肿瘤热疗领域的潜力。

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.

基于人工智能优化石墨烯纳米复合材料吸附水体重金属污染研究进展

鉴于石墨烯纳米材料的优异性能,笔者对其作为载体掺杂不同物质制备出的石墨烯基复合材料在污染水体中吸附重金属等污染物的相关研究文献进行了梳理。结果发现:结合人工智能建模技术优化去除污染水体中重金属过程的工艺参数,能进一步提升石墨烯纳米复合材料对水体中重金属污染物的吸附效率,对污水修复治理具有潜在的研究价值和应用前景。此外,笔者还通过石墨烯负载纳米复合材料的制备、应用及基于人工智能建模优化去除过程的案例对不同优化方法进行了归纳,提出加强人工智能建模研究,在有效降低石墨烯纳米复合材料制备成本的同时,提高其在应用中的回收利用。

石墨烯金属纳米复合材料的制备及在电化学生物传感器的应用

金属纳米粒子具有着独特的光学、化学和磁学特征,在当前环境下相关材料的应用比较广泛。而石墨烯本身具有着比较大的比表面积、较强的导电和导热性等,是金属纳米粒子比较理想的载体,通过制备金属纳米粒子于石墨烯的复合材料,将能够显著地改善金属纳米粒子的团聚问题,从而促进两种材料的相互协同,取得更加良好的应用效果。本文针对当前石墨烯金属纳米复合材料的制备方法和其在电化学生物传感器中的应用进行了探讨,报道如下。

石墨烯纳米复合材料的降阶均匀化方法及其数值实现

对石墨烯纳米复合材料进行三维有限元建模通常需极其精细的网格。在考虑塑性演变的情况下,细观代表性单元体模型的计算效率极其低下。为此,基于非均匀变换场分析理论,提出了石墨烯纳米复合材料的降阶均匀化方法。首先,针对不同加载路径进行预分析,提取细观塑性应变场信息;然后对这些信息进行本征正交分解,从而得到若干个塑性模态,用作降阶模型的基函数;基于宏、细观耗散功的等效原理,导出降阶变量的本构模型。该方法的离线分析部分通过MATLAB编程实现。为了便于工程计算,在线分析部分则由商业有限元软件ABAQUS的UMAT用户子程序接口实现。基于三维算例分析,验证了所提方法的有效性。结果显示,在保证较高精度的前提下,针对三维代表性单元体计算的加速率可达10^(3)~10^(4)量级。

基于还原石墨烯/纳米银复合材料的电化学传感器测定双酚A

石墨烯特有的褶皱层状结构以及银纳米粒子良好的催化性能,使其在电化学方面具有良好的应用潜能。本研究以柠檬酸钠为还原剂,通过水热反应原位制备出还原石墨烯/纳米银复合材料(rGO/Ag NPs),用于修饰玻碳电极,研究了双酚A的电化学行为。循环伏安法(CV)和方波伏安法(SWV)的实验结果表明,双酚A可以在r GO/Ag NPs修饰电极表面发生快速的氧化还原反应,基于此实现了对双酚A的高灵敏检测。在最优条件下,双酚A的氧化峰电流与其浓度在0.1~40.0μmol/L范围内呈良好的线性关系(r^2=0.996),检出限为50.7 nmol/L(S/N=3)。将其用于实际环境和塑料样品中双酚A的检测,回收率为91.7%~102.9%。

石墨烯及其纳米复合材料作为锂离子电池负极的研究进展

自2004年被发现以来,石墨烯及其纳米复合材料因其特殊的结构和优异的性能而受到广泛关注,并在锂离子电池负极方面展现出巨大的应用价值。首先简单介绍了石墨烯及其常用制备方法,然后详细介绍了石墨烯及其纳米复合材料作为锂离子电池负极材料的研究现状,并阐述了各自的优势与不足,提出了一些改进方案,最后展望了其在锂电负极的应用前景和未来面临的挑战。

基于石墨烯-金纳米粒子复合材料的DNA生物传感器

以柠檬酸钠为还原剂和稳定剂制备石墨烯-金纳米粒子复合材料,复合材料被柠檬酸钠羧基化后与末端氨基修饰的DNA发生键合,制备DNA探针,并以蒽醌-2-磺酸钠(AQMS)为杂交指示剂检测DNA序列的特异性.结果表明:基于石墨烯-金纳米粒子修饰的DNA传感器可选择性区分单碱基错配的目标DNA序列;该传感器具有较高的特异选择性.

基于柔性结点梁单元和分层法的石墨烯/环氧树脂纳米复合材料力学性能预测

通过建立三明治代表体单元的有限元模型,对石墨烯/环氧树脂纳米复合材料进行力学性能分析与预测。在有限元建模中,采用柔性结点梁单元模拟石墨烯结构,采用分层法处理材料属性梯度变化的黏结界面层,采用8结点六面体实体单元离散环氧树脂基体。首先通过与文献给出的石墨烯杨氏模量实验值和模拟计算值对比,确定柔性结点梁单元的柔性系数,然后在不考虑黏结界面层的情况下,预测石墨烯/环氧树脂纳米复合材料的杨氏模量E_(cx),预测结果与混合率(Role of Mixture,简称“ROM”)公式的计算结果非常吻合,验证了本文提出方法的正确性和可靠性。通过杨氏模量E_(cx)和剪切模量G_(xy)的数值算例,讨论了分层法处理材料属性梯度变化的黏结界面层的收敛性,结果表明当黏结界面层划到8层时,已经得到很好的收敛结果。当考虑黏结界面层时,杨氏模量E_(cx)的预测结果大于ROM结果,并且在黏结界面层材料属性指数函数分布情况下,E_(cx)计算值比ROM值更接近实验值,验证了考虑黏结界面层的必要性。

DNA在石墨烯/金纳米/聚吡咯复合材料上的固定及杂交

采用原位化学氧化聚合法制备石墨烯/金纳米/聚吡咯(G/AuNPs/PPy)纳米复合材料,并在其表面进行DNA的固定及杂交.使用傅里叶变换红外光谱、X-射线光电子能谱、场发射扫描电子显微镜及透射电子显微镜对复合材料的化学结构、元素组成和表面形貌进行表征,DNA固定及杂交前后复合材料电化学性能和质量的变化运用电化学循环伏安、交流阻抗和石英晶体微天平等方法测试,结果表明,G/AuNPs/PPy复合材料电化学性能明显优于G/AuNPs二元材料,且DNA在复合材料表面的固定量可达307 ng,同时能检测到357 ng完全匹配靶向DNA.

WO_3纳米棒/石墨烯复合材料的制备及其气敏性能研究

以钨酸钠和盐酸为原料、草酸和硫酸钠为辅助剂,采用水热法制备纯WO3,进一步掺杂氧化石墨烯(GO)制备WO3纳米棒/石墨烯复合材料.通过XRD,FE-SEM,RAMAN,FTIR等手段对不同GO掺杂量的WO3纳米棒/石墨烯复合材料进行表征,并采用静态配气法对该材料进行气敏性能测试.结果表明,纯WO3为单斜晶相,WO3纳米棒/石墨烯复合材料为四方晶相,且随着GO掺杂量的增加,纳米棒的长径比逐渐增大;当GO掺杂量为1.0 wt%时,复合材料的气敏性能较好,加热电压为2.96 V(约155℃),对5×10-6H2的灵敏度达1.779,响应和恢复时间分别为3 s和4 s.

石墨烯片增强纳米复合材料微米圆柱壳的振动和稳定性

基于一阶剪切变形壳理论和应变梯度弹性理论(strain gradient elasticity theory,SGET),研究石墨烯片增强纳米复合材料(graphene platelets-reinforced nanocomposite,GPLRNC)微米圆柱壳的稳定性和自由振动。首先,通过Hamilton变分原理得到系统模型的控制微分方程。其次,利用Navier法获得GPLRNC微米壳的固有频率和临界屈曲载荷的解析解。结果表明:石墨烯片(graphene platelets,GPLs)的充填质量和分布模式影响微米壳的稳定性和振动特性。当壳体内部石墨烯片的质量分数给定时,微米壳在石墨烯片的O-GPLRNC分布下具有最高的固有频率和临界屈曲载荷,在X-GPLRNC分布下则反之。此外,材料长度尺度参数、石墨烯片几何尺寸和微米壳几何尺寸对GPLRNC微米圆柱壳的稳定性和自由振动具有重要影响。