分享到:

氮掺杂石墨烯的制备及其在化学储能中的研究进展

发展清洁和可再生能源是我国社会经济发展的重大战略。在新能源技术的各个层次中,电化学储能具有极其重要的地位,也是当前科学研究的热点问题。作为一种新型二维结构导电材料,石墨烯的应用在这一领域具有重要意义和极大的发展潜力。石墨烯自2004年被英国曼彻斯特大学的Geim和Novoselov报道[1]后,以其独特的单原子层二维结构及优异的性能引起了众多学者的广泛关注,而其在储能领域中的应用研究也获得了重大的进展和引人瞩目的成果,具有极大的应用价值和发展潜力。石墨烯是一种由sp2杂化的碳原子以六方形格子的形式成键形成的二维(2D)碳纳米材料。在其费米面附近,能量与动量的关系可以近似为线性关系[2],这样的色散关系导致了石墨烯的载流子可在电子和空穴之间连续转变,决定了石墨烯“零带隙”半导体的属性。由于石墨烯的特殊能带结构,使其具有优异的电学与光学性能、力学性能、热传导性能、极高的电荷载流子迁移率、室温量子霍尔效应、对可见光的高透射率、出色的机...  (本文共10页) 阅读全文>>

《材料工程》2017年12期
材料工程

3D打印石墨烯制备技术及其在储能领域的应用研究进展

WANG Nan,YAN Shao-jiu,PENG Si-kan,CHEN Xiang,DAI Sheng-long(Research Center of Graphene Applications,AECC Beijing Instituteof Aeronautical Materials,Beijing 100095,China)石墨烯纳米片是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的单层原子厚度的二维晶体,6个碳原子以sp2杂化方式构成蜂窝状晶格[1,2]。石墨烯展现出超高的强度,优异的热导率、透光率以及柔性轻质特性[3]。此外,石墨烯具有巨大的比表面积和超高的电导率,其理论比表面积2500m2·g-1[4],电子迁移率高达200000cm2·V-1·s-1[5]。凭借独特的物理、化学性能,石墨烯在纳米电子、传感器、复合材料、生物支架,尤其是储能元件方面展现出广阔的应用前景[6-12]。然而,研究发现二维石墨烯倾向于团聚或堆...  (本文共14页) 阅读全文>>

《炭素技术》2017年01期
炭素技术

石墨烯复合材料的应用进展

Novoselov和Geim等在2004年以石墨为原料,采用机械剥离的方法成功制备出了新型二维平面炭材料——石墨烯[1]。它具有蜂窝状结构,厚度为一个碳原子,是富勒烯、碳纳米管、石墨等碳的同素异构体的基本组成单元[2]。由于石墨烯独特的结构,使其具有特殊的物理、化学、力学等性能。如石墨烯是良好的导体[3]、有独特的电子传输性能[4]、疏水性强、化学稳定性高[5]。另外,石墨烯是最坚固的材料,其杨氏模量约为1.0 TPa[6]。除此以外,石墨烯还具有高载流子迁移率、高透明度以及强的吸收性能[7]。与此同时,石墨烯还有很好的导热性及热稳定性[8]等。自石墨烯被发现以来,国内外迅速展开了对石墨烯制备、性能以及复合材料应用等方面的研究。随着研究的日益深入,科研人员将石墨烯复合材料用于超级电容器、电池、光催化、污染物处理、材料增强增韧以及传感器等领域,使得石墨烯复合材料得到了长远发展。1石墨烯复合材料的应用1.1超级电容器领域的应用从目前...  (本文共4页) 阅读全文>>

《电子元件与材料》2017年09期
电子元件与材料

原料配比对聚苯胺/氧化石墨烯复合材料储能的影响

超级电容器是一种新型储能、节能元件,具有比功率大、比能量高、循环寿命长、安全无污染等优点,其应用领域十分广泛[1-3]。根据储能机理不同,超级电容器主要可分为双电层电容器(靠电化学双电层储能)和法拉第赝电容器(靠在电极材料表面进行快速、可逆氧化还原反应储能)[4-5]。超级电容器主要是由电极、集流体、电解质和隔膜等部分构成,其中电极材料是影响其储能和成本的关键因素,主要有碳材料、金属氧化物和导电聚合物三大类。GO是二维碳纳米材料石墨烯的重要衍生物,可用作双电层电容器的电极材料,其表面含有大量的亲水基团,如羟基、羧基、环氧基等,可在水或极性有机溶剂中达到纳米级分散,并可作为导电聚合物的聚合模板,使聚合物基体达到纳米级尺寸,以此来改善导电聚合物的性能,获得比电容量大且稳定性好的复合电极材料[6-7]。导电聚合物中,PANi由于合成方法简单、成本较低,具有较高的电导率及比电容,是最有应用潜力的赝电容器电极材料之一[8]。然而,GO的比...  (本文共6页) 阅读全文>>

《当代化工》2017年10期
当代化工

石墨烯的制备及应用发展方向概述

石墨烯是由一个碳原子与周围三个近邻碳原子结合形成蜂窝状结构的碳原子单层0,各原子之间以sp2杂化形成平面的共价键结构,主要作为石墨、碳纳米管、富勒烯等诸多碳材料的基本组成单元0。石墨烯具有极其优异的物理化学特性,被称为21世纪的新材料之王,其理论比表面积高达2 630m2·g-1,常温下电子迁移率约为15000 cm2 v-1 s-1,是硅的140倍,电阻只有10-6?·cm,导热系数高达5300 W m-1·K-1,是铜的10倍,硅的36倍,透光率大约为97.7%,几乎透明,杨氏模量接近1.0 TPa,断裂强度高达125 GPa,几乎是钢的100倍,因而在能量存储、光电通信、航空航天等领域具有极大的潜在应用价值,受到各国政府、科研人员的广泛关注[3-5]。结合本课题组在石墨烯领域的研究成果和经验,综述了石墨烯的制备方法和应用研究的新进展。首先介绍了石墨烯传统的top-down和bottom-up两大类制备方法,分析了近年来有关...  (本文共6页) 阅读全文>>

《化学与生物工程》2017年02期
化学与生物工程

石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法及应用进展

在1991年及2004年,碳纳米管(CNTs)和石墨烯(GN)分别被日本电子显微镜专家Lijima[1]和英国曼彻斯特大学的两位科学家[2]发现。这两种材料自发现以来就备受瞩目。GN是一种一个原子厚度的二维纳米材料,可构建富勒烯、CNTs、石墨等碳材料[3]。CNTs是由GN表面催化生长的径向尺寸为纳米级、轴向尺寸为微米级、两端封口且结构特殊的一维碳材料,强度很大,大的长径比使其在碳纤维材料领域有很好的应用[4]。GN和CNTs在力学、电学、吸附等方面有相似的性质,如导电性好、比表面积大、机械强度高等[5]。为了使两者的优点更加突出,人们采用合适的方法将两者制备成GN/CNTs复合材料,通过协同作用,使其表现出比单一材料更加优异的性能[6];同时,该复合材料还具有质量轻、强度高[7]、导电性好[8]、三维空间微孔[9]等特性,在超级电容器、储能电池、电化学传感器、材料增强增韧、污染物吸附处理等领域具有广阔的应用前景。此外,一些改...  (本文共5页) 阅读全文>>