还原氧化石墨烯/四氧化三铁纳米复合物的应用研究进展

还原氧化石墨烯/四氧化三铁(RGO/Fe_3O_4)纳米复合物是一种新型的磁性纳米材料,集Fe_3O_4和RGO的优点于一体,具备高比表面积、高稳定性、超顺磁性等优越的机械、电、热、光学特性,充分展现其在理论研究以及实际应用方面的价值和潜力。本文对近几年RGO/Fe_3O_4磁性纳米复合物材料在磁性固相萃取、锂电子电池、传感器材料、电磁波吸收、催化剂、酶的固定化、药物传输以及磁控开关方面的应用研究进展进行了综述,重点综述了RGO/Fe_3O_4磁性纳米复合材料在磁性固相萃取方面的应用研究,分析对象包括染料、金属离子、农兽药、增塑剂、抗生素以及生物大分子,展现出其在分离富集领域的巨大应用潜力。最后,提出RGO/Fe_3O_4纳米复合材料在研究中存在的问题,并对该材料的研究发展方向进行了展望。

还原氧化石墨烯/四氧化三铁复合气凝胶的制备与染料吸附性能

为改进四氧化三铁(Fe3O4)复合材料吸附工业染料废水的性能,先制备了表面油酸修饰的Fe3O4,再以氧化石墨烯(GO)及表面油酸修饰的Fe3O4作为前驱物,通过水热法制备了还原氧化石墨烯/四氧化三铁(rGO/Fe3O4)复合水凝胶,最后冻干得到rGO/Fe3O4复合气凝胶。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜表征产物的微观形态和结构,并通过紫外-可见分光光度计对复合气凝胶对于亚甲基蓝染料(MB)的吸附性能进行研究。结果表明,rGO/Fe3O4复合气凝胶在微观上复合均匀,与单独的石墨烯和Fe3O4纳米粒子相比,rGO/Fe3O4复合气凝胶对MB染料的吸附性能更优,吸附能力达到108 mg·g-1,而且rGO/Fe3O4复合气凝胶可以方便地从废水中移出进行重复使用。研究其吸附动力学和吸附等温发现,该复合气凝胶的吸附行为符合拟二级动力学方程和Langmuir吸附模型。

基于还原型石墨烯/四氧化三铁磁固相萃取检测食品中的亮蓝和苋菜红

采用紫外-可见分光光度法,以还原型石墨烯/四氧化三铁磁性材料作为磁固相萃取食品中合成色素的吸附剂,建立了一种测定饮料、酒、糖果和果冻中的亮蓝和苋菜红的分析方法.在优化条件下,亮蓝和苋菜红的含量与吸光度值呈良好的线性关系,相关系数分别为0.9994和0.9998,线性范围分别为0.6~60μg/L和3~250μg/L,检出限分别为0.012μg/L和0.05μg/L,样品的加标回收率为92.19%~98.30%.结果表明,该方法可以成功地应用于食品样品中的亮蓝和苋菜红的测定.

还原石墨烯/四氧化三铁制备及电化学研究

采用共混法及水热法还原制备还原石墨烯/四氧化三铁(RGO/Fe_(3)O_(4))复合材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)仪和X射线衍射(XRD)仪对复合材料的微观形貌和内部结构进行表征分析。结果表明,RGO/Fe_(3)O_(4)复合材料中Fe_(3)O_(4)粒子均匀分布在RGO片层之中。以RGO/Fe_(3)O_(4)复合材料为电极材料,电化学性能测试结果表明,由于RGO与Fe_(3)O_(4)两组分之间存在协同效应,RGO/Fe_(3)O_(4)复合材料的电化学性能明显高于单独石墨烯和四氧化三铁。

四氧化三铁/碳纳米管/石墨烯天然胶乳复合材料的制备及性能研究

以铁离子、碳纳米管、氧化石墨烯为原料,经过硫化铵或多巴胺还原、氨水增强的共沉淀法制备四氧化三铁/碳纳米管/石墨烯(Fe_(3)O_(4)/CNT/G)粉体,再将粉末添加到天然胶乳中用流延法制备成复合材料。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)、拉伸测试仪等表征方法研究了Fe_(3)O_(4)/CNT/G天然胶乳复合材料的结构和力学性能、导电、导磁性能。结果表明:硫化铵工艺制备出来的粉末的导电性和导磁性都要优于多巴胺工艺制备出来的粉末(电导率为0.21S/mm;饱和磁化强度和矫顽力为14.01emu/g和4.11Oe)。当复合材料中Fe_(3)O_(4)/CNT/G粉末添加量为3%时,力学性能达到最佳,拉伸强度为9.8MPa。

四氧化三铁原位修饰石墨烯复合材料的理化性能调控及应用

在复杂电磁干扰环境中提供增强的电化学储能性能对于稳定高效的集成电路和系统具有重要的研究意义。通过激光诱导石墨烯(LIG)技术在含碳聚合物上的二次扫描制备了四氧化三铁原位修饰多孔石墨烯复合材料(LIG/Fe3O4)。控制FeCl3溶液的浓度可以显著影响Fe3O4纳米颗粒的数量和尺寸,因此可以有效调控复合材料的理化性能。此外,对不同浓度合成的LIG/Fe3O4材料进行了形貌结构和理化性质分析,结果表明,当FeCl3浓度为0.6 mol/L时,复合材料的电化学和储能性能最佳,在1 mv∙s−1扫速下表现出较高的面积电容(617.5 mF/cm2),约为LIG的10倍。LIG/Fe3O4还具有21.2 emu/g的最高饱和磁化强度和1132.2 S/m的出色电导率,因此可以扩展到2.6~8.2 GHz的电磁屏蔽应用。

石墨烯基介孔锰铈氧化物催化剂:制备和低温催化还原NO

锰铈氧化物由于较强的氧化还原活性、优良的低温脱硝性能,已被广泛用于选择性催化还原(SCR)脱硝反应,但是锰铈氧化物存在活性组分易团聚、比表面积较低等问题,限制其催化剂活性的提高。本研究以介孔结构的石墨烯基SiO_(2)(G@SiO_(2))纳米材料为模板,采用水热法制备了系列石墨烯基介孔锰铈氧化物(G@MnO_(x)-CeO_(2))催化剂,并考察了该催化剂在低温下(100~300℃)的SCR脱硝性能。结果表明,与石墨烯基铈氧化物(G@CeO_(2))相比,G@MnO_(x)-CeO_(2)催化剂具有较高脱硝活性。当Mn、Ce与模板G@SiO_(2)质量比分别为0.35、0.90时,G@Mn(0.35)Ce(0.9)催化剂的脱硝活性最佳,220℃下NO转化率达到最高(80%)。添加适量MnO_(x),提高了G@MnO_(x)-CeO_(2)催化剂的比表面积、孔容,降低了催化剂的结晶度;并且MnO_(x)-CeO_(2)以纳米尺度(2~3 nm)较为均匀地分散于石墨烯片层表面。此外,由于MnO_(x)与CeO_(2)之间存在协同作用,Mn原子可以部分替代Ce原子掺杂于CeO_(2)的晶体结构中形成MnO_(x)-CeO_(2)固溶体,使G@Mn(0.35)Ce(0.9)催化剂表面存在较高含量的高价态Mn^(3+)和Mn^(4+)、Ce^(4+)以及较高的化学吸附氧浓度,从而展现出较高的脱硝性能。该工作为MnO_(x)-CeO_(2)基催化剂在低温NH3-SCR中的实际应用提供了基础数据。

基于共价键作用的四氧化三铁-还原氧化石墨烯复合材料的合成及其储锂性能

采用溶剂热法制备单分散的Fe_3O_4微球,对其表面进行包覆SiO_2和氨基化处理,再与氧化石墨烯复合,化学还原后得到Fe_3O_4-W-RGO复合材料。SEM和TEM照片显示,SiO_2均匀包覆在Fe_3O_4微球(直径~440 nm)表面形成Fe_3O_4@SiO_2核壳微球,紧密束缚于RGO纳米片表面。XRD测试结果表明Fe_3O_4微球结晶度好、纯度高。电化学性能测试结果表明:在0.01~3.00 V电压范围和0.1C倍率下,Fe_3O_4-W-RGO复合材料的首次放电容量为1246 m Ah/g,100次循环后保持830 m Ah/g;在2C倍率下放电容量达到484 m Ah/g,具有较好的倍率性能和循环性能。

还原氧化石墨烯的可控制备及表征

化学氧化还原法是工业上较为成熟的一种制备还原氧化石墨烯(Reduced graphene oxide,RGO)的方法。本研究首先采用改进Hummers法氧化剥离石墨,在喷雾干燥条件下获得了片状氧化石墨烯(Graphene oxide,GO),然后分别采用维生素C(Vitamin C,VC)化学还原、快速升温热还原、慢速升温热还原、VC还原结合快速升温热还原法对GO样品进行还原,得到了四种RGO样品,并对其进行了全面的物理化学表征。结果表明,还原方法对RGO形貌结构及导电性有显著影响:采用VC化学还原可得到比表面积较大且具有微/介多级孔道的球状RGO,其还原程度低,导电性差;采用热还原可得到还原程度较高、导电性良好的片状RGO,并且较快的升温速率有利于发生膨胀剥离,可有效提高相应RGO样品的比表面积;VC还原与快速升温热还原相结合则可以得到比表面积和还原程度都较高的多孔球状RGO,但由于RGO颗粒之间较大的接触电阻,其导电性不及热还原得到的片状RGO。

还原氧化石墨烯膜负载Co_(3)O_(4)活化过硫酸氢钾降解罗丹明B

以RGO(还原氧化石墨烯膜)为载体,采用水热法制备RGO/Co_(3)O_(4)高效复合催化剂。通过XRD(X射线衍射仪)、SEM(扫描电子显微镜)和XPS(X射线光电子能谱仪)等手段对复合催化剂的结构、形貌和化学组成等进行表征,并以RhB(罗丹明B)为降解物评价复合催化剂活化PMS(过硫酸氢钾)的反应活性。另外,考察了PMS质量浓度、RhB初始质量浓度、pH值及温度对催化剂活化PMS降解RhB的影响。结果表明:在PMS质量浓度为100 mg/L、RhB初始质量浓度为10 mg/L、pH值为7、温度为25℃时反应18 min对RhB降解率为98%。自由基捕获实验结合ESR(电子顺磁共振)结果表明体系中同时存在SO_(4)^(-·)和HO·2种活性自由基。循环实验结果显示催化剂经过5次循环使用后对RhB的降解率仍保持90%以上,显示优异的循环稳定性。

原位电镜观测氧化石墨烯的加热还原过程

近年来石墨烯导热膜在高性能手机等电子产品里获得了广泛的应用。通过加热的方式还原氧化石墨烯是一种被应用于石墨烯导热膜批量制备的商业方法,但其原子尺度上的结构演化过程并不很清楚。本文利用球差校正扫描透射电镜原位观测了氧化石墨烯在加热条件下还原的微观结构演化,结果表明,氧化石墨烯在还原初期会释放大量气体从而形成丝状网络结构,且层间距会随着还原进程而减小,经过高温石墨化的还原氧化石墨烯能够具有稳定的结构。本论文的研究揭示了氧化石墨烯在还原过程的微观结构演化,为指导优化还原氧化石墨烯基导热膜的制备和应用提供了有参考价值的信息。

二硫化钼 还原氧化石墨烯对涤纶织物的阻燃性能

为了赋予涤纶(PET)织物良好的阻燃、抑烟性能,实现PET织物的低烟、无卤阻燃,采用浸轧工艺,用水热法制备二硫化钼还原氧化石墨烯(MoS_(2)/RGO)复合材料,并将其用于PET织物的阻燃整理。采用扫描电子显微镜、红外光谱仪以及X射线衍射仪等对MoS_(2)/RGO复合材料以及MoS_(2)/RGO/PET织物的微观形貌与化学结构进行分析;采用垂直燃烧测试仪、烟雾密度箱、接触角仪等对MoS_(2)/RGO/PET织物的阻燃、抑烟性能以及亲水性能进行表征与测试。结果表明:MoS_(2)/RGO复合材料在织物上能够形成良好包覆,且能够有效提高PET织物的热稳定性,在700℃时,其残炭率较纯织物明显提升;MoS_(2)/RGO/PET织物的极限氧指数可提升至28.2%,总热释放量较纯PET织物下降60.5%,烟雾密度降低59.9%,具有良好的自熄性能,损毁长度可降低至10.6 cm。此外,MoS_(2)/RGO复合材料可以赋予PET织物良好的亲水性能,在2.2 s时接触角变为0°,有效改善了PET织物的服用舒适性能。

还原氧化石墨烯/酚醛杂化气凝胶的制备与性能研究

基于溶胶-凝胶技术,通过物理共混和常压干燥方法,制备了还原氧化石墨烯/酚醛树脂(RGO/PR)杂化气凝胶,考察了RGO/PR杂化气凝胶微观结构、热稳定性和介电性能随RGO含量的变化规律,并探索其作为防隔热/吸波复合材料基体的应用性能。结果表明:RGO片层结构均匀分散在酚醛气凝胶骨架中,RGO的加入可以有效提升气凝胶的热稳定性,当添加RGO的质量分数为4%时,杂化气凝胶的Tmax提升17.28℃;RGO对RGO/PR的介电性能有显著影响,2 GHz介电常数实部由2.6增加到4.7,可以实现对PR气凝胶电性能的灵活调控;气凝胶厚度为20 mm时,最低反射损耗小于-10dB;石英纤维增强RGO/PR杂化气凝胶经500 s表面温度为1200℃的烧蚀后,最大背温仅为186.31℃,表现出良好的防隔热性能。

氧化石墨烯薄膜还原程度对测温与电热性能的影响

由于质量轻、韧性好、价格低廉且成型工艺简单等诸多优点,还原氧化石墨烯(reduced graphene oxide,rGO)薄膜在温度传感和电加热等领域颇受关注。分析了经不同温度热还原的rGO薄膜在微观结构、键合种类、力学及电学性能上的差异,以探究还原程度对rGO薄膜测温与加热能力的影响。结果表明,氧化石墨烯(graphene oxide,GO)薄膜内的C-O、C=O等含氧官能团在200℃还原后明显减少,碳原子的主要键合类型由C-C键变为C=C键。当还原温度升至600℃时,rGO薄膜内仍保留了部分含氧羟基官能团,C/O为7.18,而经800℃还原的rGO薄膜成分已趋近石墨烯。随着还原程度的增大,rGO薄膜的电阻率呈明显下降趋势,但氧原子的析出破坏了rGO薄膜的层间致密结构,使拉伸强度逐渐降低。当还原温度达到600℃时,电阻-温度曲线表现出优异的线性关系,室温电阻温度系数(temperature coefficient of resistance,TCR)为-1.60×10^(-3)/℃。在24 V直流驱动电压下,经600和800℃热还原的rGO薄膜可分别加热至242和367℃,但由于层间结构的松散和开裂,经800℃热还原的rGO薄膜的自发热升温曲线波动明显。因此,对于要求加热和测温双功能的应用场景,经600℃还原的rGO薄膜表现出更好的综合性能。

石墨烯基二氧化碳还原电催化材料研究进展

通过电化学方法来减少二氧化碳(CO_(2)),同时生产燃料和高附加值化学品,是一种克服全球变暖问题的有效策略,对于缓解能源和环境的双重压力具有重要的现实意义。由于CO_(2)稳定的分子结构,设计高选择性、高能效和低成本的电催化剂是关键。石墨烯及其衍生物因其独特且优异的物理、力学和电学性能,相对较低的成本,使其在CO_(2)电还原方面具有竞争力。此外,石墨烯基材料的表面可以通过使用不同的方法进行改性,包括掺杂、缺陷工程、构建复合结构和包覆形状。首先,本文综述了电化学CO_(2)还原的基本概念、评价标准,以及催化原理和过程。其次,简要介绍了石墨烯基催化剂的制备方法,并按照催化位点的类别,总结了石墨烯基催化剂近年来的研究进展。最后,对CO_(2)电还原技术未来发展方向进行了探讨与展望。

磷钼酸-还原氧化石墨烯-聚苯胺改性阳极微生物燃料电池处理高氯酸盐废水的性能研究

采用磷钼酸(PMo12)-还原氧化石墨烯(rGO)-聚苯胺(PAN)对微生物燃料电池(MFC)的阳极进行改性,构建单室空气阴极MFC,考察了材料结构、改性阳极形貌和MFC的电化学特性、产电特性和高氯酸盐去除性能,并探讨了改善MFC性能的机理。结果表明:相比空白阳极,PMo12-rGO-PAN改性阳极具有更多的电化学活性位点,其MFC循环伏安闭合曲线面积和交换电流密度分别提高了2.34、9.36倍,电荷转移内阻降低了85.87%。在560 mg/L高氯酸盐下,该阳极MFC产生最大输出电压为160.03 mV;在运行过程中,该阳极MFC对高氯酸盐的还原率始终高于空白阳极。该阳极通过改善微生物的附着条件和提高阳极电子转移速率提升了MFC的运行性能。

氧化石墨烯/热还原氧化石墨烯改性砂浆的力学/电学性能研究

研究了热还原氧化石墨烯(TRGO)和氧化石墨烯(GO)在水泥砂浆环境下的分散机理,探索了这两种导电相的单掺和复掺对砂浆力学/电学性能的影响。研究表明GO对TRGO在富钙高碱环境下的分散有促进作用,且分散最佳质量比(%)为3∶10;与TRGO单掺相比,复掺GO能促进砂浆水化产物形成片状结构并互相交织,使得力学性能显著提升,当w(GO)∶w(TRGO)=0.3∶1.0时,28 d抗折强度和抗压强度与单掺TRGO相比提升了21.34%和34.52%,随着掺量增加力学性能反而下降;水泥砂浆的电导率随着GO与TRGO导电相的增加而增大,当w(GO)∶w(TRGO)=0.12∶0.4时,28 d龄期试件的电阻率呈现突变现象,表明该体系出现渗滤阈值;保持分散最佳比例下当TRGO大于0.7%(质量分数)之后,增加掺量对电阻率的影响趋于平缓且走低的趋势,表明TRGO掺量0.7%(质量分数)为试件电阻率的添加阈值。

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。

四氧化三铁-石墨烯复合芬顿催化剂用于染料脱色的研究

芬顿催化是污水处理中最常用的技术之一，但是传统芬顿试剂需要对水体进行酸化并造成大量亚铁离子浪费．本文用水合肼还原法制备了四氧化三铁一石墨烯复合芬顿催化剂（Fe3O4-G），测试其催化脱色甲烯蓝的活性．Fe3O4-G样品用透射电镜、x射线光电子能谱和红外光谱等表征．Fe3O4-G能催化双氧水分解氧化脱色甲烯蓝．Fe3O4-G在pH3．5＂-9．5范围内均能有效催化脱色甲烯蓝，最佳pH为8．5．Fe3O4-G的催化活性几乎不受溶剂的影响，加入自由基淬灭剂叔丁醇对脱色也没有明显抑制．Fe304-G在较高的温度下催化能力更强，增大双氧水用量也能促进脱色反应．

水热体系中四氧化三铁与氧化石墨烯复合纳米颗粒的合成

在200℃自气压水热条件下制备了四氧化三铁与氧化石墨烯复合纳米颗粒。使用透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等一系列仪器进行表征,结果表明四氧化三铁与氧化石墨烯复合纳米颗粒由粒径大约20 nm的四氧化三铁纳米颗粒与氧化石墨烯复合而成,数据分析表明氧化石墨烯对于四氧化三铁纳米颗粒的形成和进一步演化起到了一定的作用。