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对石墨烯进行功能化处理,可得到具有合适层间距和较高离子扩散速率的理想石墨烯基电极材料,其作为钠离子电池负极材料有着重要的应用潜力。通过在石墨烯结构中进行原位插层反应,成功制备出聚对苯乙烯磺酸钠(PSS)插层的石墨烯复合材料(PSS-rGO)。这种插层结构是基于石墨烯的π电子可以与PSS结构中的π电子相互作用,使得石墨烯层间距增大并抑制其堆积。同时,PSS中的磺酸钠基团可有效提高钠离子扩散速率,增强电极对钠离子的吸附能力,从而提升钠离子电池的循环性能。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)、电化学工作站和多通道电池综合测试仪对样品进行测试分析。结果表明,PSS-rGO电极在5 A·g-1的电流密度下循环6000圈后容量可保持在256 mAh·g-1,单圈衰减率为0.003%,表现出优异的循环性能。本研究为开发高比容、快速储钠以及长寿命的钠离子电池负极材料提供了可行思路。 ...
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以水稻秸秆、牛粪和氧化石墨烯为原料,制备4种不同类型生物炭:水稻秸秆生物炭、牛粪生物炭、氧化石墨烯/水稻秸秆生物炭和氧化石墨烯/牛粪生物炭;以水中常见的四环素类抗生素和磺胺类抗生素中的土霉素、四环素、磺胺二甲嘧啶和磺胺甲恶唑为目标污染物,探讨不同类型生物炭对水中抗生素吸附特性。实验结果表明,抗生素在不同类型生物炭上吸附在12h均能达到吸附平衡,4h时抗生素在生物炭、氧化石墨烯/生物炭复合材料中的吸附量是平衡吸附量的47.96%—98.65%,抗生素在生物炭上吸附符合准二级动力学方程。等温吸附方程Freundlich拟合得到的可决系数R2值要高于Langmuir和D-R方程,拟合效果更好。抗生素在氧化石墨烯/水稻秸秆生物炭复合材料和在氧化石墨烯/牛粪生物炭复合材料中吸附量分别是在原生物炭中吸附量的1.67倍和1.59倍,在水稻秸秆制备的植物源生物炭中吸附量要略高于在牛粪制备的动物源生物炭中吸附量。有机碳归一化分配系数Koc值显示,四环素类抗生素的Koc值要略大于磺胺类抗生素。由Pearson相关性分析结果可知,抗生素在生物炭及其复合材料中吸附速率和吸附容量与生物炭比表面积和比孔容呈现正相关,与平均孔径呈现负相关。4种抗生素的lgKow值与抗生素在生物炭中的吸附量呈负相关关系。生物炭的扫描电镜和红外光谱图表明,水稻秸秆生物炭表面更光滑,复合材料表面粗糙程度增加。复合材料的红外振动吸附峰的振幅有所增加。 ...
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自2004年被成功制备后,石墨烯因其独特迷人的性质在近十几年来备受关注,同时也引发了二维纳米材料的研究热潮。单原子层厚度的二维结构赋予石墨烯非同寻常的光学、电子学、磁学及力学等性质,使得石墨烯在生物学、医学、化学、物理学和环境科学等多个领域展现出极大的应用潜力。制得注意的是,石墨烯在应用时通常需要进行功能化,调节其组成、大小、形状和结构等,以便于加工处理或满足不同的应用需求。石墨烯功能化方法多样,功能化产物也是种类繁多。然而,到目前为止,石墨烯功能化产物并没有系统全面的分类和精确的定义。因此,本文在系统总结现有石墨烯功能化研究的基础上,给出了石墨烯功能化产物的系统分类、各类的精确定义和相应的制备策略,并通过典型示例进行了详细地阐述。石墨烯功能化的产物统称为"功能化石墨烯材料",分为两类:"功能化石墨烯"和"功能化石墨烯复合材料"。功能化石墨烯材料的制备可由"自上而下"和"自下而上"两种策略实现。制备策略的选择取决于应用需求。系统分类、精确命名和制备策略的归纳必将有助于功能化石墨烯材料的进一步发展。 ...
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提出一种新的方法,用来改善碳纤维增强金属板(CARALL)的层间黏结强度。将不同质量分数(0,0.1%,0.3%,0.5%和1.0%)的石墨烯纳米片(GnPs)利用超声分散的方法使其均匀分散于环氧树脂中,并利用湿法铺层方法完成CARALL的制作。进行Ⅰ型断裂韧性的测试,探究GnPs对CARALL层间性能的影响,并进行CARALL的拉伸与弯曲性能测试,研究GnPs对CARALL力学性能的影响。通过SEM与光学图像观察GnPs的增强机制与CARALL试件的失效模式。结果表明,当GnPs的添加量为0.5%时,CARALL具有最佳的层间黏结强度与力学性能。当添加0.5%GnPs时,Ⅰ型断裂韧性提高79%;拉伸强度、弹性模量与断裂应变率分别提高14.5%,11.0%和15.5%;弯曲强度与弯曲应变率分别提高23.9%和81.5%。这是由于添加GnPs到环氧树脂中可以分散CARALL所承受载荷,并利用自身的断裂、拔出和脱黏等机制吸收能量,进一步改善CARALL的层间力学性能。 ...
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对氧化石墨烯进行改性,利用微波水热法制备Fe3O4/石墨烯,以提高氧化石墨烯的疏水性,并用聚乙烯亚胺(PEI)对Fe3O4/石墨烯进行表面改性,获得一种PEI改性的磁性石墨烯复合材料.利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)及热重分析(TGA)等手段对材料的形貌和结构进行了表征.通过控制吸附剂投加量、pH、反应时间等因素,研究了PEI-Fe3O4/石墨烯吸附剂对亚甲基蓝的吸附性能.研究结果表明,当反应温度为25℃,反应时间为120 min,吸附剂投加量为2 g/L的条件下,PEI-Fe3O4/石墨烯复合材料对模拟废水中的亚甲基蓝的吸附效果最好,亚甲基蓝的去除率为95%,远远优于GO的吸附性能. ...
产业研究
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针对新型轻质高效和结构稳定的高性能隔热材料在航空航天领域的应用需求,以热塑性酚醛树脂为原料,引入氧化石墨烯(GO)进行改性,然后采用液相低压发泡/炭化工艺制备氧化石墨烯/酚醛树脂基泡沫炭(PCF)隔热材料。采用扫描电镜(SEM)、热分析仪、压汞仪和激光脉冲导热仪,对GO/PCF的结构及性能进行了测试与表征。结果表明:添加GO合理的质量含量是1.0%,添加量过大时,GO会团聚,影响泡沫炭的孔结构和微观结构,导致泡沫炭强度和体积密度下降,热导率上升;GO的适量引入可改善酚醛树脂的热稳定性,相对于未改性样品,1.0%GO/PCF的热解温度及热稳定性提高,残碳率提高5%;分散均匀的GO在酚醛树脂中形成三维多孔网状结构,具有良好的气流传热和辐射传热抑制效果;1.0%GO/PCF的体积密度为0.20 g/cm3,结构致密,热导率仅0.05 W/(m·K),具有优异的隔热性能。 ...
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