论文部分内容阅读
石墨烯独特的结构和优异的电子、电化学、光学、热学和机械性能，使其具有广阔的应用前景。但结构完整的石墨烯，反应活性弱,并且石墨烯片与片之间容易产生聚集，使其溶解性低,这严重影响了石墨烯的进一步研究和应用。因此，希望通过石墨烯的改性及复合达到在储能材料、电化学等领域实际应用的目的。本文主要研究了氧化石墨烯与掺氮石墨烯、石墨烯/聚苯胺复合材料和石墨烯交联苯酚-甲醛炭气凝胶复合材料的制备及结构与性能的表征。用改进的Hummers法制备出氧化石墨烯，尺寸在6μm左右，层间距为0.896nm,氧原子含量为28.58%。将氧化石墨烯与尿素按质量比1:3混合，在氮气保护下于不同温度(500℃、600℃、700℃、800℃)炭化2h，得到掺氮石墨烯，氮原子含量最高为9.12%。X射线光电子能谱分析表明随着炭化温度的升高，氮键在炭化过程中有一个逐渐的热转换，吡咯氮先转变为吡啶氮，吡啶氮再转变为“石墨”氮。苯胺在氧化石墨烯悬浮液中原位聚合，然后用水合肼还原,得到石墨烯/聚苯胺(PANI-G)复合材料，研究了复合材料被还原前后聚苯胺的氧化还原状态和石墨烯/聚苯胺复合材料的结构性能。结果表明，氧化石墨烯/聚苯胺(PANI-GO)复合材料中聚苯胺处于导电的掺杂态(ES)，经水合肼还原后的PANI-G复合材料中聚苯胺处于本征态(EB)；随着复合材料中石墨烯比例的增大，PANI-G复合材料逐渐呈片状结构。在1mol/L H2SO4电解液中，PANI-G复合材料有良好的电化学性能，这表明复合材料中的本征态(EB)聚苯胺被掺杂成导电的掺杂态(ES)。随着石墨烯量的增加，PANI-G复合材料的电荷转移电阻逐渐减小，比电容从71.2F/g增大到237.0F/g。以苯酚、甲醛为原料，用氢氧化钾作催化剂，加入氧化石墨烯(GO)溶液，在85℃凝胶老化3d后形成有机凝胶，湿的有机凝胶通过常压干燥转变为有机干凝胶，最后在800℃下炭化2h得到石墨烯交联的苯酚-甲醛炭气凝胶复合材料。研究了有机干凝胶和炭气凝胶的形态和化学结构以及炭气凝胶作为双电层电容器电极材料的电化学性能。结果表明，GO高的机械强度增强了凝胶的骨架强度，苯酚-甲醛分子链通过物理和化学作用被固定在氧化石墨烯表面，并沿着其表面生长，扫描电镜显示GO的加入改变了凝胶的结构。PF-10%GO有最大的比表面积(377.6m2/g)、中孔孔容(0.56cm3/g)和比电容(116.3F/g)。