三维多孔石墨烯的制备及其表征

发布时间：2019-11-07 21:21

【摘要】：作为碳系材料中的重要成员,石墨烯,具有单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状晶体结构,独特的二维结构使其具有较大的比表面积、优异的导电性和良好的机械性能。但二维结构的存在使得石墨烯的层层之间具有较强的范德华力,二维石墨烯团聚堆积的缺陷阻碍了其在诸多应用方面的拓展,如电极材料、传感材料等方面。因此,将二维石墨烯组装成为三维多孔结构可以很好地解决其在应用上的问题。本论文以天然石墨粉的氧化还原及三维多孔结构的构建为主要研究内容,分别采用水热交联法和模板法构建了三维多孔石墨烯。并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、热重(TG)及BET氮吸附等分析方法对材料进行了表征。以改进的Hummers法为基础,通过控制中温和高温反应时间,分别制备出氧化石墨烯粉体GO1和GO2。高温反应制得的氧化石墨烯粉体(GO2)结晶度较高、剥离效果好、褶皱明显。利用水热、水合肼和葡萄糖还原法分别对GO2样品进行还原处理,制备出三组还原氧化石墨烯rGO水热、rGO水合肼和rGO葡萄糖。水热处理温度为180℃,保温12h;水合肼还原温度95℃,保温12h;葡萄糖还原温度95℃,保温12h。三种还原方法制得的rGO含氧官能团基本被消除,片层表面出现了金属光泽,热稳定性均有明显的提高,其中以葡萄糖还原效果最佳。以GO2为前驱体,采用水热交联法和模板法构建三维多孔石墨烯3D rGO水热和3D rGO-CaCO_3。水热交联法处理温度为180℃,保温24 h;模板法采用碳酸钙为模板、葡萄糖为还原剂,用盐酸溶液刻蚀模板。水热交联法和碳酸钙模板法均成功地将二维石墨烯组装成为三维多孔结构,孔径以介孔为主,比表面积和孔容均明显优于片层结构石墨烯,且3D rGO水热的比表面积和孔容优于3D rGO-CaCO_3,且孔径分布范围窄、更均一。
【图文】：

图 1.1 碳原子 sp2 杂化示意图（a）及石墨烯的结构示意图（b）Fig.1.1 sp2 hybrid carbon atoms (a) and stucture of graphene (b) 石墨烯的特性

图 1.2 纳米探测测量石墨烯机械强度示意图Fig.1.2 Diagram of nano-scale measurement for graphene学性能
【学位授予单位】：沈阳大学
【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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本文编号：2557478