本文選題：石墨烯氣凝膠 + 常壓干燥�。� 參考：《青島科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：石墨烯氣凝膠繼承了石墨烯和氣凝膠的雙重優(yōu)良性能,雖然大量的工作對石墨烯氣凝膠的制備及其雜化材料進(jìn)行了研究,但是通過總結(jié)這些工作發(fā)現(xiàn)在其在石墨烯的制備,及雜化石墨烯氣凝膠性能研究方面仍然存在著不足。本文針對前人工作中的不足之處進(jìn)行優(yōu)化,并用各種表征手段對我們工作進(jìn)行分析、討論。本文包括以下三個(gè)方面:第一,通過兩步法結(jié)合簡單、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的常壓干燥的方法制備了強(qiáng)度可控,親水性能可以調(diào)節(jié)的石墨烯/纖維素納米晶雜化氣凝膠。這種雜化石墨烯氣凝膠中,一維的纖維素納米晶被夾雜在石墨烯的片層之間起到了起到了增強(qiáng)作用,雜化的石墨烯墻相互交聯(lián)形成了石墨烯氣凝膠孔狀結(jié)構(gòu)。由于纖維素納米晶表面含有豐富的含氧官能團(tuán)使其具有一定的親水性能。得益于兩者的協(xié)同效應(yīng),使得雜化的石墨烯/纖維素納米晶氣凝膠具有兩親性能,同時(shí)石墨烯氣凝膠的強(qiáng)度以及親水性能可以通過調(diào)節(jié)纖維素納米晶的用量進(jìn)行調(diào)控。當(dāng)加入50wt%的纖維素納米晶時(shí)其壓縮強(qiáng)度達(dá)到了11kPa,模量達(dá)到了55kPa,同時(shí)其接觸角減小為0o。炭化后的雜化石墨烯氣凝膠比表面積進(jìn)一步增加,可應(yīng)用在超級電容方面。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),雜化的石墨烯氣凝膠不但能夠吸收有機(jī)溶劑,還能吸收高錳酸根,有望應(yīng)用在工業(yè)污水處理方面。第二,通過設(shè)計(jì)方案探究了石墨烯/甲殼素納米纖維雜化氣凝膠的制備,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),經(jīng)過Tempo氧化制備得到的甲殼素納米纖維能夠很好地與石墨烯進(jìn)行復(fù)合,但是其最終炭化得到的碳?xì)饽z的比表面積較小。經(jīng)過部分脫乙�；玫降募讱に丶{米纖維能與含CNC20wt%的雜化石墨烯氣凝膠通過浸泡進(jìn)行復(fù)合,從而得到雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),將該雜化石墨烯氣凝膠高溫炭化處理后制備成超級電容,通過CV曲線發(fā)現(xiàn)其電容有著很好的穩(wěn)定性。即使在500mv/s下形狀仍保持良好,顯示了在超級電容方面潛在的應(yīng)用價(jià)值。第三,通過簡單環(huán)保的常壓干燥的方法結(jié)合空氣泡為模板制備了超輕,超級耐疲勞的純石墨烯氣凝膠,其密度最低可為2.4mg/cm3。較以前方法,孔徑較小,在300μm左右,且更加均勻,孔壁更薄。同時(shí)其密度和孔壁可以通過調(diào)節(jié)發(fā)泡時(shí)的轉(zhuǎn)速以及所用氧化石墨烯的濃度進(jìn)行調(diào)控。并且在5Hz高頻壓縮比為70%時(shí)壓縮100萬次后仍能很好的保持原來體積,內(nèi)部受破壞較小,顯示了超級耐疲勞特性。這種方法有望實(shí)現(xiàn)石墨烯氣凝膠的工業(yè)化生產(chǎn),且有望進(jìn)一步擴(kuò)展石墨烯氣凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域。
[Abstract]:Graphene aerogel inherits the excellent properties of graphene and aerogel. Although a great deal of work has been done on the preparation of graphene aerogel and its hybrid materials, it is found that in the preparation of graphene aerogels, And the study on the properties of hybrid graphene aerogels is still insufficient. In this paper, the shortcomings of previous work are optimized, and various representation methods are used to analyze and discuss our work. This paper includes the following three aspects: firstly, the graphene / cellulose nanocrystalline hybrid aerogels with controllable strength and adjustable hydrophilicity were prepared by a simple, economical and environmentally friendly atmospheric pressure drying method. In this hybrid graphene aerogel, the one-dimensional cellulose nanocrystals were intermingled between the graphene layers, and the interlinked graphene walls formed the graphene aerogel pore structure. Cellulose nanocrystals have hydrophilic properties due to their abundant oxygen functional groups. The hybrid graphene / cellulose nanocrystalline aerogels have amphiphilic properties due to their synergistic effects. The strength and hydrophilicity of graphene aerogels can be regulated by adjusting the amount of cellulose nanocrystals. When 50 wt% cellulose nanocrystals were added, the compressive strength and modulus of the nanocrystals reached 11 KPA, 55 KPA, and the contact angle decreased to 0 o. The specific surface area of the hybrid graphene aerogels after carbonization is further increased, which can be applied to super capacitors. It is found that the hybrid graphene aerogels can absorb not only organic solvents but also high manganese acid, which is expected to be used in industrial wastewater treatment. Secondly, the preparation of graphene / chitin nanofiber hybrid aerogels was investigated through the design scheme. It was found that chitin nanofibers prepared by Tempo oxidation could be well combined with graphene. But the specific surface area of the carbonized aerogels is small. Chitin nanofibers obtained by partial deacetylation can be compounded with hybrid graphene aerogels containing CNC20wt% by soaking, resulting in a double network structure. The hybrid graphene aerogels are carbonized at high temperature to form supercapacitors. It is found that the capacitance has good stability by CV curve. The shape remains good even under 500mv/s, which shows the potential application value in super capacitor. Thirdly, the ultra-light and super fatigue resistant graphene aerogels were prepared by a simple environmentally friendly atmospheric pressure drying method combined with air bubble as a template. The lowest density of the aerogels was 2.4 mg / cm ~ (3). Compared with the previous method, the pore diameter is smaller, about 300 渭 m, more uniform, and the pore wall is thinner. At the same time, the density and pore wall can be regulated by adjusting the speed of foaming and the concentration of graphene oxide. And when the 5Hz compression ratio is 70 times, the original volume can be kept well after 1 million compression times, and the internal damage is small, which shows the super fatigue resistance. This method is expected to realize the industrial production of graphene aerogels and to further expand the application of graphene aerogels.
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ127.11;TQ427.26

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本文編號：1849530