三维石墨烯泡沫的制备及应用研究

发布时间：2017-11-13 14:15

  本文关键词：三维石墨烯泡沫的制备及应用研究

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【摘要】：本文系统开展了纯石墨烯泡沫(GF)、石墨烯/镍复合泡沫(rGO/NF)、石墨烯/二氧化锰/镍复合泡沫(rGO/MnO_2/NF)的制备及形貌、结构、基本性能的表征,同时研究了石墨烯泡沫在NO_2检测和超级电容器方面的应用。首先采用自组装法制备纯石墨烯泡沫,针对还原程度问题对制备工艺进行了探讨,结果表明:以氢碘酸和抗坏血酸同时为助剂进行第一次还原,接着用水合肼进行二次还原,得到还原程度较高的纯石墨烯泡沫;然后对其进行SEM、EDS、XRD、Raman、FT-IR表征,结果表明:该泡沫具有三维多孔结构,平均孔径为3μm,结构表征证明了石墨烯的成功合成;进而对纯石墨烯泡沫的导电性、力学性、疏水性、密度进行了测试研究,结果表明:该泡沫导电率为0.91 S/cm,当泡沫应变是80%时抗压强度是0.1 MPa,接触角是127.23°,密度是1.8×10-3 g/cm3,轻到可以放在蒲公英上而不压坏蒲公英。该泡沫对50 ppm的NO_2检测灵敏度是0.85%,检测极限浓度是24 ppm。以氧化石墨烯溶液和镍泡沫为原料采用自组装溶液法制备得到rGO/NF,研究了氧化石墨烯浓度和干燥方式对石墨烯在镍泡沫上负载方式的影响,经SEM、EDS、XRD、Raman、FT-IR表征手段的分析,证明了石墨烯与镍泡沫能够有效复合,进而对泡沫的导电性和疏水性进行了分析,研究表明:石墨烯与镍泡沫负载后力学强度和导电率得到了大幅度的提升,导电率可以达到688.11 S/cm,接触角减小到105.54°。将该复合泡沫应用到超级电容器方面,研究结果表明:当氧化石墨烯的浓度是1 mg/cm3并且以热干燥方式得到的复合泡沫在5 A/g的电流密度下质量比电容可以达到454 F/g,500次循环后电容保持效率是86%。为了进一步改善石墨烯泡沫的应用性能,将所得rGO/NF为模板用水热法制备得到rGO/MnO_2/NF,研究了水热反应条件和原料配比对复合泡沫结构性能及应用的影响,并经SEM、XRD、Raman、FT-IR表征手段分析证明了多孔片层结构二氧化锰在模板上的有效复载,进而对泡沫的导电性、疏水性进行了分析,研究表明复合泡沫的导电率可以达到519.92 S/cm,接触角减小至93.59°,同时把复合泡沫应用在气体检测和超级电容器方面。结构表征及应用最终确定最佳制备工艺是:高锰酸钾浓度2 mM,盐酸浓度0.15mM,反应温度150℃,反应时间10 h。最终得到的rGO/MnO_2/NF在室温下对50 ppm的NO_2检测灵敏度是1.51%,检测极限是17 ppm,在3 A/g的电流密度下质量比电容是510 F/g,500次循环后电容保持效率是96%。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11

【参考文献】

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中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 严骏;三维微孔道网状石墨烯泡沫的制备与应用研究[D];北京理工大学;2015年

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本文编号：1181015