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、結構與石墨烯的優(yōu)異性能結合起來，拓展了石墨烯在吸附、光催化、電化學等領域的應用。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控氣凝膠孔結構和比表面積對氣凝膠的性能非常關鍵，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構，進一步實現(xiàn)石墨烯氣凝膠的可控制備進行了思考和設計。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構、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。研究內容主要包括以下方面：
　　1.氮摻雜石墨烯氣凝膠的制備及結構表征
　　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成的，比表面積高達992 m2 g-1。三聚氰胺在水熱反應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部微納結構的形成，實現(xiàn)了氮摻雜石墨烯氣凝膠微觀結構和宏觀尺寸的可控調節(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、孔結構和比表面積的綜合影響。當三聚氰胺與氧化石墨烯的質量比為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，經過5000次充放電循環(huán)后