三維石墨烯基復合材料在超級電容器與水處理中的應用.pdf

1、石墨烯是二維原子晶體材料，具有碳原子sp2雜化所形成的共軛π鍵結構，是碳材料家族結構組成的基本單位。出色的電學、力學和熱學等性能使石墨烯在能源存儲與環(huán)境保護方面具有較大的應用前景。
　　本論文利用經濟易得的聚合物為模板制備三維石墨烯復合材料并探究其在超級電容器電極材料和水處理材料方面的應用。在電極材料研究中，以炭化三聚氰胺海綿得到的摻氮碳泡沫為模板，利用火焰法還原得到三維石墨烯材料。三維碳泡沫以及還原氧化石墨烯的存在，可以增加體系

2、的導電性促進電子的快速傳遞。得到的樣品無需粘結劑以及涂覆過程可直接作為電極，具有優(yōu)異的電化學性能;在水處理方向，以商品化聚氨酯海綿為模板制備三維石墨烯，考慮到二氧化錳良好的吸附以及催化性能，將其與三維石墨烯復合，以塊狀形式應用于水處理中，相較于粉末形式的水處理材料具有易回收分離的優(yōu)勢。具體研究內容如下:
　　(1)首先將三聚氰胺海綿炭化后得到碳泡沫，再通過真空浸漬將氧化石墨烯負載在碳泡沫上。然后利用火焰法原位還原得到三維石墨烯復合

3、材料，將其直接作為電極材料，整個過程綠色、經濟，可操作性較強。在三電極體系中，以6M氫氧化鉀為電解液，制備的電極材料在電流密度為2mA·cm-2時，面電容達到500mF·cm-2，質量比電容約為250F·g-1，經過10000圈充放電循環(huán)后，比電容保持率可達到91％，具有良好的電容特性。
　　(2)以商品化的聚氨酯海綿為模板，抗壞血酸為還原劑，得到三維石墨烯，然后依據碳與高錳酸鉀之間的氧化還原反應得到二氧化錳三維固體水處理復合材料