三维石墨烯的水热法制备及其性能研究

发布时间：2017-05-16 13:17

  本文关键词：三维石墨烯的水热法制备及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：石墨烯的特殊单原子层结构使其拥有优异的力学、热学、电学等性能。将石墨烯制成宏观体可以将石墨烯作为纳米材料的优异性能与宏观多孔材料的性能相结合,获得一种低表观密度、大比表面积、力学与电学性能独特的新型材料,使其在电极材料、储氢材料、生物传感器、催化剂载体、纳米电子器件、单分子检测器等领域获得巨大的应用前景。本文使用大尺寸氧化石墨烯作为原料实现三维石墨烯的自组装。使用30目天然鳞片石墨制备出大尺寸氧化石墨烯,其粒径超过100μm厚度为2.7nm左右,是三个原子层厚度的拥有大片层尺寸的氧化石墨烯。大尺寸氧化石墨烯片上连接着很多含氧官能团,这些亲水基团为后续在水热反应时的自组装过程提供了可能。使用大尺寸氧化石墨烯进行水热反应的自组装,成功制备出了三维石墨烯水凝胶,使用冷冻干燥法令石墨烯水凝胶干燥,得到了干燥的三维石墨烯块体,其宏观尺寸与反应釜大小有关,且在冷冻干燥后会有所收缩,为Φ20×20mm的圆柱体。微观上,三维石墨烯的三维多孔结构是由石墨烯片缠绕、搭接、堆叠在一起形成的。三维石墨烯拥有非常低的表观密度(11.2mg/cm3)、高的空隙率(98.6%),一定的导电能力、较好的隔热能力和疏水亲油的特性。研究了自组装过程的影响因素,发现水热反应氧化石墨烯的浓度会影响制备的三维石墨烯结构,随浓度增大三维石墨烯被还原的程度降低,其多孔结构更加紧凑。添加金属离子后,氧化石墨烯在自组装过程中的联接点增加,使三维石墨烯孔径变小。
【关键词】：大尺寸氧化石墨烯 冷冻干燥 自组装 三维石墨烯 多孔材料
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O613.71
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-28
• 1.1 课题背景及研究目的9-10
• 1.2 三维石墨烯的研究现状及分析10-27
• 1.2.1 石墨烯的性质及应用10-11
• 1.2.2 石墨烯的制备方法11-14
• 1.2.3 三维石墨烯的制备方法14-20
• 1.2.4 三维石墨烯的应用20-27
• 1.3 本文主要研究内容27-28
• 第2章 实验方法及表征手段28-35
• 2.1 实验试剂及实验设备28-29
• 2.1.1 实验原料与试剂28-29
• 2.1.2 实验设备29
• 2.2 实验方法29-32
• 2.2.1 大尺寸氧化石墨烯的制备29-30
• 2.2.2 三维石墨烯的制备与表征30-32
• 2.3 实验分析测试方法32-35
• 2.3.1 物相分析32
• 2.3.2 拉曼和红外光谱分析32
• 2.3.3 表面化学状态分析32-33
• 2.3.4 微观形貌分析33
• 2.3.5 导电性能分析33
• 2.3.6 孔隙率及比表面积分析33-35
• 第3章 大尺寸氧化石墨烯的制备与表征35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 大尺寸氧化石墨烯的制备方法35-40
• 3.2.1 膨胀石墨的制备37-38
• 3.2.2 GGO的制备38-40
• 3.3 大尺寸氧化石墨烯的表征40-44
• 3.3.1 X射线光电子能谱(XPS)分析40-41
• 3.3.2 傅里叶-红外(FT-IR)分析41-42
• 3.3.3 透射电子显微(TEM)分析42-43
• 3.3.4 原子力显微(AFM)分析43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 三维石墨烯的制备与性能研究45-62
• 4.1 引言45
• 4.2 自组装法制备三维石墨烯45-47
• 4.3 三维石墨烯的表征47-54
• 4.3.1 三维石墨烯的物相表征47-48
• 4.3.2 三维石墨烯的扫描电子显微表征48-49
• 4.3.3 三维石墨烯的透射电子显微表征49-50
• 4.3.4 三维石墨烯的孔隙率50-51
• 4.3.5 三维石墨烯的比表面积51-52
• 4.3.6 三维石墨烯的红外和拉曼光谱表征52-54
• 4.4 三维石墨烯的性能54-59
• 4.4.1 导电性能54-55
• 4.4.2 吸附性能55-59
• 4.5 三维石墨烯自组装研究59-61
• 4.5.1 GGO浓度对三维结构的影响59
• 4.5.2 金属离子对三维结构的影响59-61
• 4.6 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-68
• 致谢68

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4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

5 沈志刚;李金芝;易敏;;射流空化方法制备石墨烯研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年

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10 周琳;周璐珊;李波;吴迪;彭海琳;刘忠范;;石墨烯光化学修饰及尺寸效应研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

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1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年

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6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年

7 记者 谢荣　通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年

8 本报记者 纪爱玲;石墨烯：市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年

9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年

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1 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年

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