2石墨烯复合材料材料研究现状
石墨烯是碳原子以六方晶格排布的一种二维自由态原子晶体,单层石墨烯是一直最薄的材料,单层厚度为0.33nm左右。由于石墨烯的特殊结构,使得石墨烯具有例如超大比表面积、良好的导热性和导电性等良好性能,并且成为备受瞩目的研究前沿和热点。石墨烯复合材料电极是由石墨烯和其他电极材料混合制备形成的,具有更优异的电极性能。
2.1石墨烯的制备
制备石墨烯的方法主要有4中:(1)氧化石墨烯还原法[1];(2)外延生长法[2];(3)化学气相沉淀法[3];(4)微机械分离法[4]。氧化石墨烯还原法是现在已成功实现的大规模生产石墨烯的方法。
氧化石墨烯还原法步骤如下:先将石墨氧化成氧化石墨,然后通过外力剥离或者研磨得到氧化石墨,最后通过化学方法还原制备出石墨烯。氧化石墨烯的合成方法主要有Brodi法、Staudemaier法和Hummers法,期中Hummers法较为安全,是目前实验室最常用的方法。
2.2石墨烯复合材料的制备
2.2.1均匀沉淀法
均匀沉淀法通过控制溶液中沉淀剂的浓度,让溶液处于某种平衡状态,从而使沉淀均匀析出的一种沉淀方法。
采用均匀沉淀法,何光宇等人成功制备ZnO/GO复合材料[5]。基本实验步骤为先将1gZnO加入到100ml的烧杯中,加入适量蒸馏水,搅拌均匀制成悬浊液,缓慢加入一定量的GO分散液,搅拌,静置分层,抽滤水洗,60℃干燥一定时间后制得ZnO/GO复合材料。通过X射线衍射、透射电子显微镜、紫外光谱、荧光光谱等证实在氧化石墨表面均匀分散着氧化锌 纳米颗粒,氧化石墨与氧化锌颗粒之间存在电子转移效应。
2.2.2原位沉淀法
高峰等人使用原位沉淀法制备氧化亚锰/石墨烯复合材料[6]。在不添加锰源的情况下,用改进Hummers 法制备GO悬浊液。直接通过NaOH 碱溶液原位沉淀形成Mn3O4/GO复合物,并在氢气气氛下处理得到MnO/GNS复合材料。
2.2.3水热法
邹琼等人使用水热法成功制备Fe2O3 /石墨烯( GNS) 纳米复合材料[7]。将GO分散到80ml高纯水中,加入相应量的将得到的GO 分散到80 mL 高纯水中,加入相应量的FeCl3•6H2O,转移到100 mL 反应釜中,在200 ℃下反应12 h. 经离心分离后,产物分别用蒸馏水和乙醇洗涤,真空干燥后获得Fe2O3 /GNS 纳米复合材料。电化学储锂性能测试结果表明,中空纳米复合材料具有良好的储锂性能。
王昭等人制备了氧化钛/石墨烯复合材料[8]。在100ml的烧杯中加入2ml的钛酸丁酯,80ml的无水乙醇和氧化石墨(1mg/ml),搅拌均匀后将混合液转入高压釜,在干燥箱中恒温加热。反应结束用蒸馏水水和乙醇洗涤,干燥后放入马弗炉中高温煅烧1h,获得氧化钛/石墨烯复合材料。
肖婷婷等人制备了Mn3O4 /石墨烯复合材料[9]。以KMnO4、Mn( Ac)2•4H2O为原料,分别溶解在50ml去离子水中,待石墨烯溶液达到90℃时,缓慢加入Mn( Ac)2•4H2O,搅拌5min,再缓慢滴加KMnO4溶液,在120℃油浴下回流2h。抽滤、洗涤、干燥后得Mn3O4 /石墨烯复合材料。GNS与Mn3O4复合可使Mn3O4更好的释放电流,在电流密度2 A/g 时,Mn3O4 /GNS的比电容值为297. 14 F/g。
沈辰飞等人[10]通过水热法制备了石墨烯-氧化钌(G-RuO2)纳米复合材料,TEM 结果显示氧化钌纳米粒子的平均粒径约为3 nm。
2.2.4静电自主装法
刘建华等人[11]先将FeCl3溶液滴加入沸腾的GO悬浊液,产生沉淀后通过离心分离沉淀物。再将分离的沉淀物加入到浓度更高的GO悬浊液中,搅拌混合物后转移不锈钢高压釜中,180℃加热12h,获得Ashaped水凝胶。最后将水凝胶冷冻干燥后再N2氛围下的600℃的管式炉中加热4h,得到Fe3O4/石墨烯复合材料。