大米狀TiO2-石墨烯復(fù)合水凝膠的合成及應(yīng)用.pdf

1、本研究以石墨為原料，采用改進(jìn)的Hummers法制備出了氧化石墨烯（GO）。然后以鈦酸四丁酯為鈦源，檸檬酸鈉（SC）為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，通過溫和的一步水熱法合成出了大米狀TiO2/石墨烯水凝膠（RTGH）。水熱過程中，TiO2納米粒子在SC的誘導(dǎo)作用下形成了大米狀形貌，同時(shí)GO被高溫還原成還原氧化石墨烯。采用多種測試手段對制備的樣品的結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行表征。結(jié)果表明所制備的GO是單層的，且得到的TiO2納米粒子的晶型為銳鈦礦型，長約40-100nm

2、，直徑約15-40nm。所合成的石墨烯基復(fù)合水凝膠宏觀形貌呈現(xiàn)為黑色圓柱體，微觀形貌為三維多級孔結(jié)構(gòu)，孔尺寸從亞微米到幾微米不等，孔壁是由相互堆疊的石墨烯片組成。為探究材料的染料吸附性能，首先把制備出的水凝膠冷凍干燥成氣凝膠（RTGA），然后將其浸在亞甲基藍(lán)（MB）的水溶液中進(jìn)行吸附。UV-vis分析結(jié)果表明所制備的氣凝膠是一種高效的吸附劑，特別是樣品RTGA3-12，其可以在2 h內(nèi)完成MB水溶液的脫色。為探究材料的電化學(xué)性能，將得到

3、的石墨烯基復(fù)合水凝膠用作超級電容器的電極，以1 mol L-1 H2SO4為電解液，采用三電極和兩電極兩種體系進(jìn)行測試。結(jié)果表明，與純的石墨烯水凝膠（GH），P25/GH以及RTGH-blank相比，RTGH展現(xiàn)出了更加優(yōu)異的電化學(xué)性能，即循環(huán)伏安曲線更似矩形，奈奎斯特圖更加接近虛軸，且充電曲線與放電曲線的對稱程度更高。其中，樣品RTGH3-12的電容行為最為顯著。三電極體系下，在0.2 A g-1的電流密度下，RTGH3-12的比電容

4、高達(dá)372.3Fg1，當(dāng)電流密度增加到32 A g-1時(shí)，比電容衰減至294.4F g-1，這表明RTGH3-12具有優(yōu)異的倍率性能。在8Ag1下，對RTGH3-12電極進(jìn)行了循環(huán)穩(wěn)定性測試，結(jié)果顯示當(dāng)充放電循環(huán)2000圈后，比電容保持率仍為98.3％。兩電極體系下，所組裝的超級電容器的電容行為沒有明顯的降低。在0.2Ag1的電流密度下，RTGH3-12的比電容為332.6F g-1，當(dāng)電流密度增至32Ag1時(shí)，比電容減小到256Fg1