三維多孔石墨烯納米復(fù)合材料的制備與性能表征.pdf

1、石墨烯是一種通過(guò)碳原子 sp2雜化形成的六邊形蜂窩狀結(jié)構(gòu)二維原子晶體，其特殊的二維結(jié)構(gòu)，致使其在導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性等諸多方面具有非常優(yōu)異的性能。但是，二維材料在一定程度上限制了石墨烯在應(yīng)用方面的拓展。石墨烯與溶劑間的作用比較弱，且二維的強(qiáng)共軛結(jié)構(gòu)使層與層之間的范德華力很強(qiáng)，形成間距為0.34 nm的結(jié)合體，所以石墨烯很容易堆積卻難以剝離分散，這對(duì)石墨烯功能材料的進(jìn)一步加工制備和應(yīng)用帶來(lái)了很大的困難。采用化學(xué)氧化石墨粉制備的氧化石墨烯，不僅容

2、易分散在多種溶劑里，還可以通過(guò)還原轉(zhuǎn)化為石墨烯，因此是迄今為止研究最廣泛的石墨烯衍生物。與石墨類(lèi)似，氧化石墨同樣保持著層狀結(jié)構(gòu)，不同的是，石墨片層經(jīng)強(qiáng)酸性以及強(qiáng)氧化性的溶劑氧化后，引入了許多不同的含氧官能團(tuán)，如羥基、環(huán)氧基、羰基和羧基等，經(jīng)過(guò)剝離得到的單片層的結(jié)構(gòu)，即氧化石墨烯。而且因?yàn)閷訝罱Y(jié)構(gòu)易于分散到溶劑中，孔結(jié)構(gòu)得到了很好的保護(hù)。利用氧化石墨烯的獨(dú)特性質(zhì)，將二維材料組裝為三維石墨烯納米復(fù)合材料，可以很好的解決二維材料在應(yīng)用上的困難

3、，對(duì)于石墨烯的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究具有重大意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以氧化石墨烯為主要原料，利用氧化石墨烯層間的含氧官能團(tuán)與不同硼酸衍生物反應(yīng)，成功制備了三種不同的插層結(jié)構(gòu)，即氧化石墨烯骨架結(jié)構(gòu)材料（GOFs），并對(duì)對(duì)羧基苯硼酸做連接劑的GOF進(jìn)行了鋰摻雜。利用掃描電子顯微鏡（SEM），X射線(xiàn)衍射（XRD），氮?dú)馕綔y(cè)試以及熱重分析（TGA）等手段對(duì)材料的不同結(jié)鉤進(jìn)行了分析，并采用電化學(xué)分析的方法分析了其在氧還原反應(yīng)（ORR）的

4、催化的活性和電子轉(zhuǎn)移歷程。結(jié)構(gòu)表征表明，制備的 GOFs的形貌顯示出明顯的層狀結(jié)構(gòu)，層間距提高了0.45?，TGA結(jié)果表明熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，比表面積顯著提高，說(shuō)明氧化石墨烯插層結(jié)構(gòu)被成功制備。性能分析表明 GOFs可用于催化雙氧水的電化學(xué)合成，且具有選擇性高、綠色環(huán)保、成本較低等優(yōu)勢(shì)。⑵以氧化石墨烯為原料，通過(guò)水熱反應(yīng)，制備了自組裝石墨烯，并以此為基礎(chǔ)，通過(guò)有機(jī)溶液置換、直接冷凍干燥以及PECVD生長(zhǎng)等多種手段，制備了多種三維石墨烯復(fù)合材料