多级孔石墨烯材料的构筑及性能研究
发布时间：2021-11-27 23:11
石墨烯是一种新兴的二维碳纳米材料,因其具有独特的结构特点和优异的性能,受到国内外学者的广泛关注。将二维石墨烯片层构筑成三维材料,可以有效避免石墨烯片层间的堆积,实现了由石墨烯内在的优异性能到实际的工业应用。因此关于如何构筑三维多孔石墨烯材料,发挥其优异性能的研究,一直是材料领域研究的热点。传统三维多孔石墨烯材料主要是以单一大孔为主,主要研究其超弹性能。而多级孔是一种特殊的多孔材料,是集微孔、介孔和大孔等不同级别孔径于一身的材料,这使得多级孔材料要比多孔材料具有更为广泛和优异的性能。如果将多级孔结构引入到石墨烯材料之中,使其兼具石墨烯和多级孔的结构特点,那么得到多级孔石墨烯复合材料将具有更为广泛的应用前景。因此本论文致力于开发简单、有效的方法构筑多级孔石墨烯气凝胶,并对其力学性能、吸附性能、电容性能进行深入的研究,具体工作如下:第一部分工作采用简单、环保的方法构筑多级孔石墨烯气凝胶。以生物质蛋白泡沫体系为模板来制备三维石墨烯气凝胶,并辅之KOH活化,从而进一步制备出具有介孔-大孔的多级孔石墨烯气凝胶,其中论文对蛋白、氧化石墨烯用量、搅拌速率、搅拌时间、还原温度及时间、等工艺条件进行探索,...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（A）氧化石墨烯悬浮液和还原后的水凝胶；（B）冷冻干燥后石墨烯气凝胶；（C）水热还原后石墨烯气凝胶扫描图
多级孔石墨烯材料的构筑及性能研究和乙二胺[43]等均能有效的提高三维多孔石墨烯材料的 C/O 比，从而提高三维多孔石墨烯材料的性能。Zhang[44]等人开发了一种以 L-半胱氨酸（L-Cys）作为简单模板剂和还原剂，同时对 GO 进行组装和还原，制备了三维多孔石墨烯材料，如图 1-2（A）所示。通过 L-Cys 对 GO 的还原，石墨烯纳米片之间的π-π堆积相互作用和碳结构的疏水性增强，从而形成致密三维多孔石墨烯水凝胶 如图 1-2（B 和 C）所示，用 10mL GO（2.0 mg·L-1）分散液制备的石墨烯水凝胶直径约为 1.0 cm，在冷冻干燥形成气凝胶的过程中其直径基本保持不变。如图 1-2（D）所示，该三维石墨烯气凝胶具有较高的机械强度，可支持 100 g 重量，而没有明显的变形。
青岛科技大学研究生学位论文Jiang 等人[50]提出了利用二价离子（Ca2+、Ni2+、Co2+）形成三维石墨烯结构的机制。这种结构是基于水热处理引起的 GO 化学键和氢键的还原，使得还原氧化石墨烯（RGO）膜与水分子之间的连接而形成的。在这种结构中，RGO 片层、水分子和二价金属离子分别充当骨架、填料和连接剂。除了金属离子之外，金属单体也可使实现三维石墨烯材料的组装，如 Wang[51]等人于 2010 年报道了一种葡萄糖作为连接剂，贵金属纳米晶（Au、Ag、Pd、Ir、Rh、Pt 等）可以促进单层 GO 可控自组装成宏观的三维石墨烯材料，所制备的三维石墨烯材料被进一步用于 Heck 反应的固定催化剂，并实现 100%的转化。通过贵金属纳米晶辅助构筑三维石墨烯网络，充分发挥石墨烯自身大比表面积的特点，有效实现贵金属单质分散，实现高含量均匀负载，从而充分发挥其催化等性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Three-dimensional graphene networks: synthesis,properties and applications[J]. Yanfeng Ma,Yongsheng Chen. National Science Review. 2015(01)
本文编号：3523225
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（A）氧化石墨烯悬浮液和还原后的水凝胶；（B）冷冻干燥后石墨烯气凝胶；（C）水热还原后石墨烯气凝胶扫描图
多级孔石墨烯材料的构筑及性能研究和乙二胺[43]等均能有效的提高三维多孔石墨烯材料的 C/O 比，从而提高三维多孔石墨烯材料的性能。Zhang[44]等人开发了一种以 L-半胱氨酸（L-Cys）作为简单模板剂和还原剂，同时对 GO 进行组装和还原，制备了三维多孔石墨烯材料，如图 1-2（A）所示。通过 L-Cys 对 GO 的还原，石墨烯纳米片之间的π-π堆积相互作用和碳结构的疏水性增强，从而形成致密三维多孔石墨烯水凝胶 如图 1-2（B 和 C）所示，用 10mL GO（2.0 mg·L-1）分散液制备的石墨烯水凝胶直径约为 1.0 cm，在冷冻干燥形成气凝胶的过程中其直径基本保持不变。如图 1-2（D）所示，该三维石墨烯气凝胶具有较高的机械强度，可支持 100 g 重量，而没有明显的变形。
青岛科技大学研究生学位论文Jiang 等人[50]提出了利用二价离子（Ca2+、Ni2+、Co2+）形成三维石墨烯结构的机制。这种结构是基于水热处理引起的 GO 化学键和氢键的还原，使得还原氧化石墨烯（RGO）膜与水分子之间的连接而形成的。在这种结构中，RGO 片层、水分子和二价金属离子分别充当骨架、填料和连接剂。除了金属离子之外，金属单体也可使实现三维石墨烯材料的组装，如 Wang[51]等人于 2010 年报道了一种葡萄糖作为连接剂，贵金属纳米晶（Au、Ag、Pd、Ir、Rh、Pt 等）可以促进单层 GO 可控自组装成宏观的三维石墨烯材料，所制备的三维石墨烯材料被进一步用于 Heck 反应的固定催化剂，并实现 100%的转化。通过贵金属纳米晶辅助构筑三维石墨烯网络，充分发挥石墨烯自身大比表面积的特点，有效实现贵金属单质分散，实现高含量均匀负载，从而充分发挥其催化等性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Three-dimensional graphene networks: synthesis,properties and applications[J]. Yanfeng Ma,Yongsheng Chen. National Science Review. 2015(01)
本文编号：3523225
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