关键词： graphene oxide   graphene membrane   electrochemical oxidation   high crystallinity   microwave reduction  

摘要： 电化学氧化石墨,可用于大规模合成氧化石墨烯,是一种可持续且直接的方法.然而,关于电化学衍生氧化石墨烯(EGO)进一步还原的研究却很缺少.本文中,我们报道了EGO膜的快速微波还原过程.化学法合成的氧化石墨烯膜需要数分钟微波辐射才能被还原,但是我们制备的EGO膜经3秒微波辐射即可转化为高结晶石墨烯膜(HCGM),并且该过程无需对膜进行预处理或添加微波增敏剂.与以前报道的微波法制备的石墨烯相比,本文制备的HCGM具有大尺寸芳香区(约100 nm)、高碳/氧原子比(约33)和高电导率(约5×10^(4)S m^(−1)).EGO的高微波还原效率可以归因于其独特分子结构,EGO中丰富的芳香区可高效吸收微波,引发EGO膜实现瞬时体相加热.该研究加深了对氧化石墨烯微波还原机理的理解,并为HCGM的生产提供了一条便捷途径.

关键词： 石墨烯   环氧树脂   阳离子-π   机械性能  

摘要： 通过水合肼还原1-乙烯基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐(IL)修饰的氧化石墨烯(GO)得到IL修饰的还原氧化石墨烯(IL-rGO),以1-(环氧乙烷-2-基甲基)-1H-吲哚为相转移剂,利用阳离子-π辅助的相转移法将IL-rGO引入到环氧树脂中,采用三乙烯四胺为固化剂,制备了石墨烯/环氧树脂复合材料。利用紫外-可见吸收光谱、拉曼光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜和拉伸试验等对复合材料的结构、形貌和机械性能进行了表征。结果表明:当IL-rGO的掺杂质量分数为0.3%时,复合材料具有最优的力学性能,拉伸强度为96.0 MPa,断裂伸长率为11.1%,与纯环氧树脂相比,分别提高了77%和141%。

关键词： 纤维素   石墨烯   多孔炭材料   氧还原反应  

摘要： 以含木质素纤维素纳米纤维(L-CNFs)和氧化石墨烯(GO)为前驱体,经冷冻干燥和高温炭化得到多孔炭材料C_(L-CNFs)/RGO/H_(2)O和C_(L-CNFs)/RGO/TBA。表征结果表明,当以叔丁醇(TBA)为溶剂时,炭化前后样品均保持良好的三维多孔结构;L-CNFs被炭化的同时GO被还原为石墨烯,炭化后样品的比表面积显著增加,最高为521.71 m~2/g。电化学性能测试表明,在碱性溶液中,多孔炭材料C_(L-CNFs)/RGO/TBA表现出良好的氧还原反应(ORR)催化活性,具有较高的起始电位(0.81 V)和半波电位(0.69 V)。

关键词： 磷化钌   石墨烯气凝胶   锚定结构   肼氧化反应   析氢反应  

摘要： 氢能是替代传统燃料的理想清洁能源。电解水析氢由于其环保和低成本的特性而受到广泛关注,然而,阳极析氧反应(OER)的缓慢动力学降低了制氢效率。因此,肼氧化反应(HzOR)以其低的理论电压电位(−0.33 V ***)成为了OER的合理替代方案。本工作中,以三维多孔的石墨烯气凝胶(GA)为导电基底,将Ru^(Ⅲ)-聚乙烯亚胺(Ru^(Ⅲ)-PEI)配合物吸附在GA表面。通过植酸(PA)和PEI之间的氢键相互作用GA进一步吸附PA,形成Ru^(Ⅲ)-PEI-GA-PA复合物。对Ru^(Ⅲ)-PEI-GAPA复合物前驱体进行磷化后,合成了锚定在N掺杂GA上的RuP纳米粒子(RuP/N-GA)。在热解过程中,在GA表面形成了超小的RuP纳米粒子。此外,PEI和PA的分解可以将丰富的N和P杂原子引入GA的结构中。因此,RuP/N-GA复合物具有高效的HzOR性能,在10 mA∙cm^(−2)时的工作电位低至−54 mV。此外,这种低Ru负载的新型RuP/N-GA复合物具有良好的析氢反应(HER)活性,电流密度为10 mA∙cm^(−2)时的HER过电势为−19.6 mV。在各种RuP/N-GA复合物中,RuP/N-GA-900具有最小的HER塔菲尔斜率(37.03 mV∙dec−1),表现出了最快的HER动力学。同时也表明RuP/N-GA-900的HER过程具有与Pt类似的Heyrovsky机制。理论计算结果表明,锚定结构和N杂原子的存在可以促进肼在RuP纳米粒子上的氧化。肼分子吸附在RuP/N-GA上的自由能为−0.68 eV,表明掺杂的N可以调节Ru活性位点的电子结构,有助于增强Ru的HzOR活性。此外,RuP/N-GA复合物对HER和HzOR均表现出优于商业Pt/C的循环稳定性和长期稳定性。基于RuP/N-GA复合物的双功能活性,所构建的双电极肼分解系统在10 mA∙cm^(−2)下表现出41 mV的极低分解电压就可以产氢,实现了低电压下节能制氢的目标。RuP/N-GA复合物优异的电催化活性归因于超小的RuP纳米粒子提供了丰富的Ru活性位点。此外,GA骨架中N的掺杂与RuP纳米颗粒之间的协同效应有助于提高RuP/N-GA复合物的活性。三维多孔的N-GA加速了电荷转移和传质过程,并且N-GA和RuP纳米粒子之间的相互作用增强了RuP纳米粒子对HER和HzOR的电催化活性。这项工作提出了一种HzOR辅助制氢的双功能电催化剂,并为通过吸附-磷化法设计和合成先进电催化剂提供了新思路。

关键词： 石墨烯   白炭黑   杂化γ-氨丙基三乙氧基硅烷  

摘要： 石墨烯纳米片是由sp~2组成的密实单层蜂窝状晶格纳米结构杂化碳原子,具有优良的热性能、优异的力学和电学性能。但由于其具有较大的表面能、较高的化学稳定性,石墨烯纳米片自身之间存在很强的范德华力,容易发生不可逆的聚集,使其难溶于水和常用有机溶剂,限制了石墨烯的进一步研究和应用。本工作采用液相剥离法制备石墨烯,通过γ-氨丙基三乙氧基硅烷的偶联作用,制备了石墨烯白炭黑杂化材料。白炭黑的修饰改善了石墨烯的分散性问题,有效解决石墨烯的自聚集和与基体界面结合作用弱的瓶颈问题,并且能够使石墨烯稳定分散,尤其是在橡胶基体中,从而改善天然橡胶的各项物理机械性能。

关键词： 石墨烯   改性沥青   路用性能   直接拉伸   原子力显微镜   蜂状结构  

摘要： 为了探究石墨烯对沥青路用性能的提升及其机理,利用分散剂二甲基亚砜(DMSO)预处理石墨烯,提高其在沥青中的分散性,再采用DMSO预处理石墨烯(DG)添加到70#道路石油沥青(70#沥青)中制备DG改性沥青。通过常规物理性能试验、黏韧性试验、直接拉伸试验和原子力显微镜对70#沥青和DG改性沥青进行测试,评价DG对沥青路用性能增强效果,并从微观角度分析DG对沥青微观结构的影响,揭示DG对沥青路用性能提升机理。结果表明,加入的DG降低了沥青的针入度和延度,但是提高了沥青的软化点。由于DG具有较大的表面能,吸附了沥青中的轻组分而形成插层结构,致使DG改性沥青上部软化点值和下部软化点值存在差异。DG改性沥青具有较强的黏韧性和韧性,其黏韧性、黏弹性、韧性和韧性比均高于70#沥青,因为被插层后的DG抑制了沥青轻组分的流动,致使DG改性沥青具有较好的抗变形能力。DG的加入使得沥青变硬,降低DG改性沥青表面的粗糙度。由于DG的吸附作用和DG插层结构的限制作用增加了DG改性沥青微观表面蜂状结构数量,导致DG改性沥青表面具有数量更多且体积较小的蜂状结构。受到拉伸作用时,70#沥青中大体积的蜂状结构易产生应力集中,使其力学性能及抗变形能力降低,而DG改性沥青中小体积且数量较多的蜂状结构能够分散受力,提高了DG改性沥青的均匀受力,降低了其应力集中出现的可能,提升了DG改性沥青的路用性能和耐久性。

关键词： 电去离子技术   活性炭   碳纳米管   石墨烯   金属-有机框架材料  

摘要： 电去离子技术(CDI)是基于双电层理论发展起来的一种低能耗、低成本、绿色高效的脱盐技术,其吸附电极是电去离子装置的最核心部件,决定了装置的吸附能力。电去离子装置的电极材料需要有较高的比表面积、合理的孔径分布和良好的导电性,国内外学者对其进行了广泛的研究。研究发现,活性炭、碳纳米管、石墨烯、金属-有机框架材料等均具有优异的物理化学特性、较高的比表面积、良好的吸附性能,在电去离子系统中表现出较好的吸附能力,但是以上4种材料也存在着循环寿命短、化学稳定性差、能量回收率低等不足,在今后的研究中需要不断进行研究优化。

关键词： 超声波键合   Sn-Ag-Cu   石墨烯   界面反应   扩散  

摘要： 目的采用松木状形貌铜铟微纳米层和超声能量,低温下实现键合互连,保证互连的可靠性,从而解决传统回流焊工艺高温引发高热应力、信号延迟加剧的问题。方法将镀有松木状二级铜铟微纳米层的基板表面作为键合偶一端,另一端为无铅焊料。在键合偶之间加入单层共形石墨烯作为阻挡层,在低温下(温度120℃),对键合接触区域施加超声能量和一定压力便可实现铜铟基板与无铅焊料的瞬态固相键合。用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射(XRD)、焊接强度测试仪等分析键合界面处的显微组织、金属间化合物,以及剪切强度,对键合界面进行老化处理。结果铜微米层具有圆锥状凸起的表面结构,其上镀覆纳米铟层,形成的结构具有巨大的表面积。在超声作用、较小的压力,以及低温条件下,铜铟松木状阵列结构插入较软的锡基焊料中,形成稳定的物理阻挡结构,实现与周围填充挤入的无铅焊料,以进行焊接互连。键合压力过小或者超声时间过长,都会在键合界面处产生线性孔洞或者裂纹,这些孔洞或者裂纹无法通过热处理消失。结论石墨烯阻挡层避免锡焊料与粗糙表面铜基板之间直接接触,防止脆性金属间化合物的过度生长。铜铟松木状阵列结构的特殊形貌及超声波能量引入,键合在瞬间、低温条件下即可完成,键合质量良好,可以获得较小的键合尺寸。

关键词： 还原氧化石墨烯   硫化镍   水热法   电化学储能  

摘要： 通过水热法、火焰辅助微波法等控制氧化石墨烯(GO)的还原度,制备了一系列具有不同还原度的还原氧化石墨烯(RGO),并以这些RGO为前驱体,以六水氯化镍(NiCl_(2)·6H_(2)O)、2-巯基丙酸(C_(3)H_6O_(2)S)为镍源和硫源,通过水热法合成了系列硫化镍/RGO(NS/RGO)复合材料。通过粉末X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和电化学工作站对材料的晶型结构、形貌特征及电化学储能性能进行了研究。结果表明:RGO的还原度高低不仅显著地影响了NS的晶型结构,而且改变了NS的形貌特征;利用超过140℃水热还原获得的RGO制得的NS/RGO复合材料中NS晶型以Ni_(3)S_(4)主,且形貌由棒状变成了球状;尤其,利用140℃还原获得的RGO制备的NS/RGO具有最强的电化学储能能力,比电容高达3331.6F/g。可为下一代新型电极活性材料的设计和构筑提供新思路。

关键词： 可充电铝空气电池   石墨烯气凝胶   Co_(3)O_(4)   复合正极   OER催化  

摘要： 采用二次水热法合成了Co_(3)O_(4)/三维石墨烯气凝胶(3DGA)复合材料正极,并对其进行电化学分析。结果表明,Co_(3)O_(4)/3DGA具有比3DGA更高的OER催化活性。Co_(3)O_(4)/3DGA正极应用于铝空气电池时,在0.2 mA/cm^(2)的电流密度下电池可至少循环80次,使用3DGA正极的电池只能循环64次,而且Co_(3)O_(4)/3DGA正极可以显著降低电池的充电电压。Co_(3)O_(4)/3DGA的ORR/OER双功能催化活性是提高铝空气电池性能的主要因素。