氮摻雜石墨烯氣凝膠的制備與性能研究.pdf

1、石墨烯是sp2雜化碳原子構(gòu)成的二維蜂窩狀晶體，具有優(yōu)異的電子傳輸能力（載流子遷移率達到2×105 cm2 V-1 s-1），良好的導熱性(3000 W m-1 K-1)，高機械強度(110 GPa)以及超高比表面積(2630 m2 g-1)。石墨烯摻氮能夠打開石墨烯的帶隙，產(chǎn)生電子和空穴電荷載體，對優(yōu)化和提升石墨烯的光電催化性能具有重要作用。
　　石墨烯氣凝膠是石墨烯的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新型多孔塊體材料。它將氣凝膠特殊的三維多孔納米

2、結(jié)構(gòu)與石墨烯的優(yōu)異性能結(jié)合起來，拓展了石墨烯在吸附、光催化、電化學等領(lǐng)域的應(yīng)用。石墨烯氣凝膠的制備方法包括凝膠法、模板法和水熱法。水熱法由于操作簡單、產(chǎn)量高并且容易實現(xiàn)氮摻雜，成為制備石墨烯氣凝膠最常用的方法。在水熱過程中如何調(diào)控氣凝膠孔結(jié)構(gòu)和比表面積對氣凝膠的性能非常關(guān)鍵，而目前對此方面的研究報道為數(shù)甚少。因此，我們對如何選擇氮摻雜劑、制備合適的氣凝膠孔結(jié)構(gòu)，進一步實現(xiàn)石墨烯氣凝膠的可控制備進行了思考和設(shè)計。本論文擬采用一步水熱法，以

3、三聚氰胺為氮源制備氮摻雜石墨烯氣凝膠(NGA)。利用電化學測試手段探究了摻入三聚氰胺對氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)、比表面積以及電容性能的影響，此外對氣凝膠的吸附能力也進行了初步探索。研究內(nèi)容主要包括以下方面：
　　1.氮摻雜石墨烯氣凝膠的制備及結(jié)構(gòu)表征
　　氮摻雜石墨烯氣凝膠骨架是由處于無序狀態(tài)具有褶皺的多層石墨烯構(gòu)成的，比表面積高達992 m2 g-1。三聚氰胺在水熱反應(yīng)中不僅是一種氮摻雜劑，還可以有效地避免氧化石墨烯（GO）在自組裝

4、過程中的無效堆疊，同時促進了氣凝膠內(nèi)部微納結(jié)構(gòu)的形成，實現(xiàn)了氮摻雜石墨烯氣凝膠微觀結(jié)構(gòu)和宏觀尺寸的可控調(diào)節(jié)。
　　2.氮摻雜石墨烯氣凝膠電化學性能研究
　　采用電化學測試方法對NGAs的電化學性能進行了綜合評定。NGAs的比電容受到氮摻雜、孔結(jié)構(gòu)和比表面積的綜合影響。當三聚氰胺與氧化石墨烯的質(zhì)量比為1:15時，NGA-3比電容值最大（116 F g-1）。此外，NGA-3還表現(xiàn)出優(yōu)異的充放電穩(wěn)定性，經(jīng)過5000次充放電循環(huán)后