吉林大學:通過不飽和水蒸氣還原形成任意形狀的氧化石墨烯氣凝膠

2020-12-03 材料分析與應用

本文要點：

通過冷凍乾燥工藝製備具有高純度，低密度，出色的熱穩定性和導電性的任意形狀的rGO氣凝膠

成果簡介

探索用於製造低密度和高純度以滿足各種應用的石墨烯氣凝膠的簡便，經濟和環保的方法仍然是一個挑戰。本文，吉林大學工程仿生教育部重點實驗室孫航副教授團隊在《Carbon》期刊發表名為「Arbitrary-shaped reduced graphene oxide aerogels via an unsaturated water vapor reduction」的論文，研究通過冷凍乾燥法製備任意形狀的（還原氧化石墨烯）rGO氣凝膠，首次從GO水性懸浮液開始進行不飽和水蒸氣還原法。

水蒸氣水熱處理可以分解GO中所有的含氧官能團，有效修復GO表面缺陷。在較高的溫度（≥175°C）下，GO中的碳可能通過水煤氣變換反應與水蒸氣反應生成CO，CO也可用作還原GO氣凝膠的還原劑。水量和溫度是實現rGO氣凝膠高還原度和良好形狀控制的關鍵參數。可以使用各種用於冷凍GO懸浮液的模具來製備任意形狀的rGO氣凝膠。rGO氣凝膠具有很高的油/水分離性能，可以吸收高達其初始重量40-55倍的各種油，並且具有很高的可回收性。此外，rGO氣凝膠具有典型的壓力感應性能和出色的儲能電容，在柔性壓力傳感器和超級電容器中具有巨大的潛在應用。

圖文導讀

圖1。a）從GO水性懸浮液開始的rGO氣凝膠的製備過程示意圖；

bd）各種形狀的rGO-6-150氣凝膠的數字圖像：「大象」，「天鵝」和「劍龍」；

e）GO-6氣凝膠和rGO-6-150氣凝膠的拉曼光譜。

圖2。在不同溫度和濃度下獲得的GO氣凝膠和rGO氣凝膠的微觀形貌和微觀結構的比較

圖3。a）GO-6氣凝膠，rGO-6-100氣凝膠，rGO-6-125氣凝膠，rGO-6-150氣凝膠，rGO-6-175氣凝膠，rGO-6-200氣凝膠，rGO-6-250的XRD圖譜氣凝膠（從底部到頂部）；

b）rGO-6-125氣凝膠，rGO-6-150氣凝膠，rGO-6-175氣凝膠，rGO-6-200氣凝膠，rGO-6-250氣凝膠的峰位置，半峰寬和d間距。

圖4。a）GO-6氣凝膠的高解析度C 1s XPS光譜；

b）rGO-6-100氣凝膠；

c）rGO-6-125氣凝膠；

d）rGO-6-150氣凝膠；

e）rGO-6-175氣凝膠；

f）rGO-6-200氣凝膠；

g）rGO-6-250氣凝膠；

h）rGO-15-150氣凝膠。

圖5。照片顯示了使用獲得的rGO-6-150氣凝膠吸收了a）漂浮在水上的己烷和b）在水下的二氯甲烷。己烷和二氯甲烷用油紅染色，水用MB染色，以便於觀察。c）rGO-6-150氣凝膠對幾種有機溶劑的吸收能力，以增加的重量計；己烷，環己烷，二甲苯和發動機油；d）rGO-6-150氣凝膠對己烷吸收能力的可回收性；e）通過燃燒20次來回收rGO-6-150氣凝膠的過程的數碼照片。

圖6。a）rGO-6-150氣凝膠的電導率測量。

b）用rGO-15-150氣凝膠作為可壓縮導電塊構成的電路。

c）壓縮和釋放rGO-6-150氣凝膠後亮度會波動。rGO-6-150氣凝膠電極的電化學性能：

d）rGO-6-150氣凝膠在不同掃描速率下的CV曲線；

e）rGO-6-150氣凝膠的恆電流充放電（GCD）曲線。

小結

總之，提出一種綠色，低成本和簡單的的不飽和水蒸氣減少方法，用於將GO氣凝膠還原為低密度和任意形狀的rGO氣凝膠。RGO氣凝膠具有高吸油量，壓縮響應電導率和高比電容等綜合特性，使其成為溢油淨化，壓力響應傳感器和超級電容器等潛在應用的候選者。此外，這種減少不飽和水蒸氣的方法有望用於製備其他rGO材料，包括rGO紙，

文獻：

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