掺杂三维石墨烯材料的制备及其性能研究

发布时间：2021-02-10 21:44

　　石墨烯作为一种有着特殊性能的材料,因其优异的性能在诸多领域具有巨大的应用潜能和革命性变革而备受关注。然而,石墨烯由于其大的比表面积,常常导致片层叠加在一起,使自身的吸附能力降低,并且也影响了石墨烯发挥自身的优异性能,进而影响了石墨烯材料性能的改进。并且,这种叠加和团聚不可逆,除非向它施加外力,比如强力搅拌或者超声,使其分散能够更均匀。本文将二维石墨烯片层结构自组装成三维石墨烯,以解决石墨烯的团聚问题,同时实现杂原子的掺杂,进一步提高了电容值。本文使用一种简单、快速、高效的三维石墨烯气凝胶的制备方法,实现了石墨烯在还原过程中的表面功能修饰。掺杂三维石墨烯气凝胶的制备方法:通过Hummer法制备氧化石墨,对氧化石墨进行处理,得到氧化石墨烯,通过使用不同类型的化合物作为还原剂,利用化学还原法还原氧化石墨烯,利用范德华力和π-π堆积作用力,自组装成三维石墨烯凝胶,实现氧化石墨烯的还原、组装和掺杂。具体研究内容是:1.以二甲基亚砜（DMSO）为还原剂,在氨的水溶液中,采用化学还原法制备了具有三维多孔结构的还原氧化石墨烯气凝胶。制备的DRGHs不仅被认为是超级电容器的理想电极材料,而且杂原子的掺杂... 

【文章来源】：山东理工大学山东省

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

石墨烯、富勒烯、碳纳米管及石墨片层结构的示意图

山东理工大学硕士学位论文 第二章 实验方法合液由棕色变成土黄色或亮黄色，静置过夜待其分层;（注意：双氧水的加入过程要缓慢，变色后再加入双氧水约 2 mL。）⑥将上清液倒出，下层的浑浊溶液离心，所得沉淀用质量分数为 3%的硫酸和质量分数为 2%的双氧水溶液反复清洗多次，然后用质量分数为 10%的盐酸溶液去离子水清洗多次；将所得的氧化石墨烯用去离子水分散，渗析，然后进行浓度的标定。（注意：清洗液要现用现配，渗析时要经常换水，需要渗析 2 周以上）合成步骤如图 2.1所示：

图 3.1 DRGHs 的制备过程图Fig. 3.1 The preparation process diagram of DRGHs3.3 结果与讨论本次研究是通过改良的 Hummers 法制备氧化石墨溶液；在 DRGHs 的形成过程中，以二甲基亚砜（1 mL, 2 mL 和 3 mL）为还原剂，通过化学还原及自组装制备了三维石墨烯气凝胶（DRGHs-1，DRGHs-2，DRGHs-3），克服了石墨烯片层堆积等一些缺点，从而有效的增加石墨烯的比表面积。实验采用了一种简洁、有效、快速的化学还原法使石墨烯片层结构通过π-π堆积相互作用和疏水作用得到三维多孔石墨烯气凝胶，实现了硫原子的掺杂，提高了电极材料的表面润湿性，加速离子的扩散，产生的赝电容也使材料的比电容值也在一定程度上得到提升。电极材料 DRGHs 在电化学性能测试中表现出优越的性能，比如高的比电容值及高的比电容保持率等。为了分析所制备的石墨烯是否被还原，我们对材料进行了多种表征，如 XRD、Raman、FT-IR 和 XPS 等技术。该实验采用扫描电子显微镜（SEM）来观测材料的形貌；采用 X 射线粉末衍射仪（XRD）、高分辨拉曼光谱仪来表征材料的结构；同

【参考文献】：
期刊论文
[1]三维自组装Eu3+-石墨烯复合材料的制备及其磁性研究[J]. 汪冬冬,高辉.  物理学报. 2013(18)



本文编号：3028036