三維石墨烯泡沫的制備及應(yīng)用研究.pdf

1、本文系統(tǒng)開展了純石墨烯泡沫（GF）、石墨烯/鎳復(fù)合泡沫（rGO/NF）、石墨烯/二氧化錳/鎳復(fù)合泡沫（rGO/MnO2/NF）的制備及形貌、結(jié)構(gòu)、基本性能的表征，同時(shí)研究了石墨烯泡沫在NO2檢測(cè)和超級(jí)電容器方面的應(yīng)用。
　　首先采用自組裝法制備純石墨烯泡沫，針對(duì)還原程度問題對(duì)制備工藝進(jìn)行了探討，結(jié)果表明：以氫碘酸和抗壞血酸同時(shí)為助劑進(jìn)行第一次還原，接著用水合肼進(jìn)行二次還原，得到還原程度較高的純石墨烯泡沫；然后對(duì)其進(jìn)行SEM、EDS

2、、XRD、Raman、FT-IR表征，結(jié)果表明：該泡沫具有三維多孔結(jié)構(gòu)，平均孔徑為3μm，結(jié)構(gòu)表征證明了石墨烯的成功合成；進(jìn)而對(duì)純石墨烯泡沫的導(dǎo)電性、力學(xué)性、疏水性、密度進(jìn)行了測(cè)試研究，結(jié)果表明：該泡沫導(dǎo)電率為0.91S/cm，當(dāng)泡沫應(yīng)變是80％時(shí)抗壓強(qiáng)度是0.1MPa，接觸角是127.23°，密度是1.8×10-3g/cm3，輕到可以放在蒲公英上而不壓壞蒲公英。該泡沫對(duì)50ppm的NO2檢測(cè)靈敏度是0.85%，檢測(cè)極限濃度是24ppm

3、。
　　以氧化石墨烯溶液和鎳泡沫為原料采用自組裝溶液法制備得到rGO/NF，研究了氧化石墨烯濃度和干燥方式對(duì)石墨烯在鎳泡沫上負(fù)載方式的影響，經(jīng)SEM、EDS、XRD、Raman、FT-IR表征手段的分析，證明了石墨烯與鎳泡沫能夠有效復(fù)合，進(jìn)而對(duì)泡沫的導(dǎo)電性和疏水性進(jìn)行了分析，研究表明：石墨烯與鎳泡沫負(fù)載后力學(xué)強(qiáng)度和導(dǎo)電率得到了大幅度的提升，導(dǎo)電率可以達(dá)到688.11S/cm，接觸角減小到105.54°。將該復(fù)合泡沫應(yīng)用到超級(jí)電容器

4、方面，研究結(jié)果表明：當(dāng)氧化石墨烯的濃度是1mg/cm3并且以熱干燥方式得到的復(fù)合泡沫在5A/g的電流密度下質(zhì)量比電容可以達(dá)到454F/g，500次循環(huán)后電容保持效率是86%。
　　為了進(jìn)一步改善石墨烯泡沫的應(yīng)用性能，將所得rGO/NF為模板用水熱法制備得到rGO/MnO2/NF，研究了水熱反應(yīng)條件和原料配比對(duì)復(fù)合泡沫結(jié)構(gòu)性能及應(yīng)用的影響，并經(jīng)SEM、XRD、Raman、FT-IR表征手段分析證明了多孔片層結(jié)構(gòu)二氧化錳在模板上的有效

5、復(fù)載，進(jìn)而對(duì)泡沫的導(dǎo)電性、疏水性進(jìn)行了分析，研究表明復(fù)合泡沫的導(dǎo)電率可以達(dá)到519.92S/cm，接觸角減小至93.59°，同時(shí)把復(fù)合泡沫應(yīng)用在氣體檢測(cè)和超級(jí)電容器方面。結(jié)構(gòu)表征及應(yīng)用最終確定最佳制備工藝是：高錳酸鉀濃度2mM，鹽酸濃度0.15mM，反應(yīng)溫度150℃，反應(yīng)時(shí)間10h。最終得到的rGO/MnO2/NF在室溫下對(duì)50ppm的NO2檢測(cè)靈敏度是1.51%，檢測(cè)極限是17ppm，在3A/g的電流密度下質(zhì)量比電容是510F/g，5