氧化石墨烯的分級及其凝膠體系研究

《氧化石墨烯的分級及其凝膠體系研究》是依託廈門大學，由白華擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：氧化石墨烯的分級及其凝膠體系研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：白華
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

石墨烯及其衍生物是新興的重要低維碳材料。氧化石墨烯則是一種重要的石墨烯衍生物，可以看作是一種典型的二維高分子。氧化石墨烯的表面富含親水基團，易溶於水，其邊緣含有羧基，因此是一種二維聚電解質。與傳統一維聚合物相比，這種二維大分子結構的差異帶來新的功能，同時其高分子物理性質也有顯著的區別，這使得常用的處理高分子拔懂的表征、加工方法和理論不再完全適用於氧化石墨烯。因此，研究氧化石墨烯對於完善高分子理論，以及推動氧化石墨烯材料的發展具有重要意義。首先，本項目擬利只檔背用柱層析對氧化石墨烯大小（分子量）的分級，並使用凝膠色譜對氧化石墨烯的大小及分布進行表征，建立評價艱再禁氧化石墨烯整體大小的方法。幾重臘催在獲得單分散氧化石墨烯的基礎上，對氧化石墨烯的凝膠行為作深入研究，表征氧化石墨烯大小、還原程度對凝膠行為的影響，並嘗試推進氧化石墨烯凝膠的套用進程，開發新的導電性複合水凝膠，將氧化石墨烯水凝膠用於水溶液中重金屬離子的吸附。

結題摘要

氧化石墨烯是化學轉化石墨烯的重要前驅體，在石墨烯的宏量製備及大規模套用過程中具有不可替代的地位。同時氧化石墨烯本身作為一種二維材料，也在很多棕歡奔領域具有廣闊的套用前景。本項目首先研究了氧化石墨烯的分級，使用商品矽膠填充的層析柱，利用柱層析的方法，將氧化石墨烯分級成了不同大小的組分。其次，在掌握氧化石墨烯凝膠形成機理的基礎上，本項目提出了幾種製備氧化石墨烯複合凝膠、石墨烯複合凝膠的方法，並發展了這些凝膠的套用。我們利用了靜電作用和還原過程中的pi-pi作用，製備了氧化石墨烯/殼聚糖複合凝膠和鹼性氧化鋁/石墨烯複合凝膠，並將其套用於污染物吸附。前者可以同時吸附陰離子染料、陽離子染料和重金屬離子；後者對氟離子有很好的吸附效果。我們又提出了電化學還原氧化石墨烯的方法，可以在電極表面可控原位製備石墨烯凝膠，並將這種石墨烯凝膠用於光熱轉化塗層。通過電化學的方法，可以進一步在電極表面的石墨烯凝膠內製備其他材料。用這種方法製備出的聚苯胺/石墨烯凝膠可作為電容器電極材料，具有良好的性能。我們還發展出了基於原電池反應的方法，製備出了石墨烯凝膠和貴金屬納米粒子的複合材料，可用於電化學感測器。最後，我們研究了基於石墨烯凝膠電極的超級電容器。我們系統探索了活性電解質增強的超級電容器的自放電問題，諒挨槳指出活性電解質在兩電極之間的穿梭是引起自放電的主要原因，據此提出了自放電方程，並給出兩種抑制自放電的策略。基於這兩種策略，我們製備了兩種基於石墨烯凝膠電極的活性電解質增強婆危捉紋超級電容器，在獲得高比電容的同時，抑制了自放電現象。上述研究在氧化石墨烯和石墨烯凝膠領域做了一些的探索，對這一類材料的發展具有的一定的指導作用。