三維多孔石墨烯納米復合材料的制備與性能表征.pdf

1、石墨烯是一種通過碳原子 sp2雜化形成的六邊形蜂窩狀結構二維原子晶體，其特殊的二維結構，致使其在導電性，導熱性等諸多方面具有非常優(yōu)異的性能。但是，二維材料在一定程度上限制了石墨烯在應用方面的拓展。石墨烯與溶劑間的作用比較弱，且二維的強共軛結構使層與層之間的范德華力很強，形成間距為0.34 nm的結合體，所以石墨烯很容易堆積卻難以剝離分散，這對石墨烯功能材料的進一步加工制備和應用帶來了很大的困難。采用化學氧化石墨粉制備的氧化石墨烯，不僅容

2、易分散在多種溶劑里，還可以通過還原轉化為石墨烯，因此是迄今為止研究最廣泛的石墨烯衍生物。與石墨類似，氧化石墨同樣保持著層狀結構，不同的是，石墨片層經強酸性以及強氧化性的溶劑氧化后，引入了許多不同的含氧官能團，如羥基、環(huán)氧基、羰基和羧基等，經過剝離得到的單片層的結構，即氧化石墨烯。而且因為層狀結構易于分散到溶劑中，孔結構得到了很好的保護。利用氧化石墨烯的獨特性質，將二維材料組裝為三維石墨烯納米復合材料，可以很好的解決二維材料在應用上的困難

3、，對于石墨烯的基礎和應用研究具有重大意義。
　　本研究主要內容包括：⑴以氧化石墨烯為主要原料，利用氧化石墨烯層間的含氧官能團與不同硼酸衍生物反應，成功制備了三種不同的插層結構，即氧化石墨烯骨架結構材料（GOFs），并對對羧基苯硼酸做連接劑的GOF進行了鋰摻雜。利用掃描電子顯微鏡（SEM），X射線衍射（XRD），氮氣吸附測試以及熱重分析（TGA）等手段對材料的不同結鉤進行了分析，并采用電化學分析的方法分析了其在氧還原反應（ORR）的

4、催化的活性和電子轉移歷程。結構表征表明，制備的 GOFs的形貌顯示出明顯的層狀結構，層間距提高了0.45?，TGA結果表明熱穩(wěn)定性增強，比表面積顯著提高，說明氧化石墨烯插層結構被成功制備。性能分析表明 GOFs可用于催化雙氧水的電化學合成，且具有選擇性高、綠色環(huán)保、成本較低等優(yōu)勢。⑵以氧化石墨烯為原料，通過水熱反應，制備了自組裝石墨烯，并以此為基礎，通過有機溶液置換、直接冷凍干燥以及PECVD生長等多種手段，制備了多種三維石墨烯復合材料