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J.Mater.Chem A 蘭州化物所石墨烯復(fù)合材料及器件研究取得新進(jìn)展

來源:蘭州化物所      2020-08-07
導(dǎo)讀:石墨烯作為一種新型碳納米材料,具有高機(jī)械強(qiáng)度、良好導(dǎo)電導(dǎo)熱性、大比表面積、良好化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn),在能量儲存、電子器件、傳感材料、催化劑、防腐涂料等領(lǐng)域展現(xiàn)出了極為廣闊的潛在應(yīng)用前景。目前,石墨烯的應(yīng)用主要采用復(fù)合材料的途徑進(jìn)行性能的提升,其制備方法主要包括化學(xué)還原法、水熱法、溶膠凝膠法和電化學(xué)法。

中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所羰基合成與選擇氧化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李鑫恒團(tuán)隊(duì)結(jié)合電化學(xué)等技術(shù)發(fā)展了石墨烯復(fù)合材料的制備方法,分別制備出了均勻性好、結(jié)合力強(qiáng)的金屬氧化物、聚苯胺、磷化物石墨烯復(fù)合材料,成本低廉、環(huán)境友好、適于規(guī)?;a(chǎn)(圖1)。

11,2分別為三維石墨烯宏觀體材料和石墨烯復(fù)合材料;3,4分別為石墨烯納米片以及沉積在石墨烯表面的納米顆粒。

  該制備方法有效地解決了以往方法可控性差、石墨烯疊層、納米粒子團(tuán)聚、結(jié)構(gòu)易崩塌等問題。氧化錳表現(xiàn)出了良好的單分散性,石墨烯片層沒有明顯的層疊,且具有多孔性(圖2)。該方法易于制備克量級復(fù)合材料。研究人員將制備的復(fù)合材料組裝成不對稱水性超級電容器,具有柔性可折疊(圖3)、無粘涂劑、環(huán)保(水性電解質(zhì))等優(yōu)點(diǎn)。組裝的超級電容器功率密度明顯地大于40Wh/Kg以上,循環(huán)2000次后仍保持初始容量的80%以上。將復(fù)合材料應(yīng)用于電催化電極材料,極大地降低了過電勢。

2. 復(fù)合材料實(shí)例--石墨烯-二氧化錳三維多孔復(fù)合材料。2a,b為掃描電鏡圖,2e,f為復(fù)合材料的透射電鏡圖。

3. 組裝的柔性超級電容器實(shí)物圖片。

  該方法部分已獲得國家發(fā)明專利授權(quán),授權(quán)號:ZL 201610423614.X。前期研究工作發(fā)表在J.Mater.Chem A 2017,05,4629。

  以上工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、江蘇省自然科學(xué)基金、蘇州市重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金、蘭州化物所特聘人才項(xiàng)目、羰基合成與選擇氧化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。


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