氮掺杂石墨烯气凝胶的制备与性能研究-化学工程与技术专业论文.docxVIP

万 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人 己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名:万农扮 日期: 别6 ‘ 3、 关于论文使用和授权的说明 本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权 保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅:学校可以公布该论文的 全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。 (必威体育官网网址的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名:顾盼导阳:放丁在 日期。l-t1/6.J二将 西南科技大学硕士研究生学位论文 第 I 页 摘 要 石墨烯是 sp2 杂化碳原子构成的二维蜂窝状晶体，具有优异的电子传输能力（载 流子迁移率达到 2×105 cm2 V-1 s-1），良好的导热性 (3000 W m-1 K-1) ，高机械强度 (110 GPa)以及超高比表面积 (2630 m2 g-1)。石墨烯掺氮能够打开石墨烯的带隙，产 生电子和空穴电荷载体，对优化和提升石墨烯的光电催化性能具有重要作用。 石墨烯气凝胶是石墨烯的基础上开发的一种新型多孔块体材料。它将气凝胶 特殊的三维多孔纳米结构与石墨烯的优异性能结合起来，拓展了石墨烯在吸附、 光催化、电化学等领域的应用。石墨烯气凝胶的制备方法包括凝胶法、模板法和 水热法。水热法由于操作简单、产量高并且容易实现氮掺杂，成为制备石墨烯气 凝胶最常用的方法。在水热过程中如何调控气凝胶孔结构和比表面积对气凝胶的 性能非常关键，而目前对此方面的研究报道为数甚少。因此，我们对如何选择氮 掺杂剂、制备合适的气凝胶孔结构，进一步实现石墨烯气凝胶的可控制备进行了 思考和设计。本论文拟采用一步水热法，以三聚氰胺为氮源制备氮掺杂石墨烯气 凝胶 (NGA)。利用电化学测试手段探究了掺入三聚氰胺对气凝胶的孔结构、比表 面积以及电容性能的影响，此外对气凝胶的吸附能力也进行了初步探索。研究内 容主要包括以下方面： 1. 氮掺杂石墨烯气凝胶的制备及结构表征 氮掺杂石墨烯气凝胶骨架是由处于无序状态具有褶皱的多层石墨烯构成的， 比表面积高达 992 m2 g-1。三聚氰胺在水热反应中不仅是一种氮掺杂剂，还可以有 效地避免氧化石墨烯（GO）在自组装过程中的无效堆叠，同时促进了气凝胶内部 微纳结构的形成，实现了氮掺杂石墨烯气凝胶微观结构和宏观尺寸的可控调节。 2. 氮掺杂石墨烯气凝胶电化学性能研究 采用电化学测试方法对 NGAs 的电化学性能进行了综合评定。NGAs 的比电容 受到氮掺杂、孔结构和比表面积的综合影响。当三聚氰胺与氧化石墨烯的质量比 为 1:15 时，NGA-3 比电容值最大（116 F g-1）。此外，NGA-3 还表现出优异的充放 电稳定性，经过 5000 次充放电循环后，NGA-3 保持了 92.5%的初始比电容。 西南科技大学硕士研究生学位论文 第 II 页 3. 氮掺杂石墨烯气凝胶吸附性能研究 探究了气凝胶对六种有机液体的吸附性能。结果显示，热退火处理后气凝胶 具有更高的比表面积（852 m2 g-1）和孔体积（1.37 cm3 g-1），并对有机溶剂表现出 更好的吸附特性，质量吸附容量和体积吸附容量分别达到 52.6-111.6 g g-1 和 82.8-95.9%。此外，NGA 具有很好的油水分离特性和优异的重复使用性。 关键词：氮掺杂石墨烯气凝胶；三聚氰胺；水热法；电化学性能；吸附性能 西南科技大学硕士研究生学位论文第 西南科技大学硕士研究生学位论文 第 PAGE VI 页 万方数据 万方数据 Abstract Graphene, as a flexible two-dimensional monolayer of sp2-hybridized carbon atoms, exhibits excellent carrier mobility (2×105 cm2 V-1 s-1), thermal conductivity (3000 W m-1 K-1), high fracture strength (110 GPa) and specific surface area (2630 m2 g-1). The electron transporting, optical coupling, electromagnetic, thermal and mechanical properties of graphene make it widely used in supercap