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《中结构复合碳纳米纤维/还原氧化石墨烯的同时插层组装及其在电化学传感中的应用》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2018-11-10

  • 采用电旋喷沉积法制备了含有氧化石墨烯(氧化石墨烯)片的聚丙烯腈非织造布。这些混合非织造布经过两阶段的碳化处理，得到了含有碳纳米纤维(CNF)和还原氧化石墨烯薄片(CNF/RGO)的中结构混合碳。在碳化过程中，CNF充当RGO层之间的间隔物，以防止它们的压缩和再聚合，从而形成三维结构。RGO的存在增加了CNF/RGO材料的导电性。通过x射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱分析，得到了氮掺杂的混合碳。采用氮掺杂多孔碳制备了灵敏度较高的电极，用于l -半胱氨酸的电化学检测。

    ——文章发布于2018年11月2日

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  • 《美国利用氧化石墨烯/芳纶纳米纤维开发出超级电容器电极》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2020-06-11
    • 移动电子设备、电动汽车、无人驾驶飞机和其他技术的爆 炸式增长推动了对新型轻质材料的需求。近日，休斯顿大学和德克萨斯农工大学的研究人员报道了一种结构超级电容器电极，该电极由还原的氧化石墨烯和芳纶纳米纤维制成，比传统的碳基电极更坚固，用途更广。 团队研究还证明，与传统的建模方法（称为多孔介质模型）相比，基于材料纳米结构的建模可以更准确地了解复合电极中的离子扩散和相关特性。 “我们提议，与多孔介质模型相比，基于材料纳米结构的这些模型更加全面、详细、信息丰富且准确，”比尔·库克（UH）机械工程副教授Bill H. Ardebili说。“更准确的建模方法将帮助研究人员找到新型、更有效的纳米结构材料，这些材料可以提供更长的电池寿命和更轻的能量。” 所测试的材料——氧化石墨烯和芳族聚酰胺纳米纤维或rGO/ANF——由于其强大的电化学和机械性能是很好的选择。超级电容器电极通常由多孔碳材料制成，可提供有效的电极性能。 虽然还原的氧化石墨烯主要由碳制成，但芳族聚酰胺纳米纤维的机械强度可提高电极在多种应用（包括军事用途）中的多功能性。这项工作是由美国空军科学研究所资助的。 Ardebili说：“我们想传达的是，基于多孔介质的传统模型可能不够精确，无法设计这些新的纳米结构材料并研究这些材料用于电极或其他能量存储设备。”这是因为多孔介质模型通常假定材料内的孔径均匀，而不是测量材料的不同尺寸和几何特性。 Ardebili说：“我们的建议是，多孔介质模型可能很方便，但不一定准确。对于最先进的设备，我们需要更准确的模型来更好地理解和设计新的电极材料。”（来源：休斯顿大学）
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  • 《氧化石墨烯的化学还原(rGO)》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-05-15
    • rGO技术及其相关过程的基础是Brodie法，后来成为Hummers法。该技术的变体随后从悍马方法发展而来。 rGO技术以石墨为原料，与硫酸混合作为插层剂，高锰酸钾作为氧化剂。 当这种混合物在高温下加热时，就会产生氧化石墨烯(GO)。氧化石墨烯是一种石墨烯材料，其表面有氧气装饰。氧化石墨烯还可以通过化学和热学的方法还原(去除材料中大量氧含量的过程)为石墨烯，进一步通过超声波、漂洗和分散。 在制备还原氧化石墨烯之前，必须先制备氧化石墨烯。要制备氧化石墨烯，你必须从氧化石墨烯开始，一旦你得到了氧化石墨烯，有三种方法来还原生成还原氧化石墨烯。这些方法可以是热的、化学的或电化学的。 还原方法 氧化石墨烯中氧的还原方法多种多样，包括高温处理(>1000 C)、化学还原和光学或微波辅助还原。 热退火 在热退火过程中，氧化石墨被迅速加热，以触发一氧化碳和二氧化碳气体在石墨烯层之间的突然表达。这一过程将材料分离，生成剥离的石墨烯。 虽然这一过程的优点是不需要另一个还原步骤，但加热过程确实会对石墨烯造成严重损害。据估计，多达30%的石墨烯在热退火过程中被破坏。 另一种方法是将氧化石墨剥离成氧化石墨烯后进行热还原。这一过程需要超过700摄氏度的极高温度，但结果却很好，尽管这一过程需要很高的能量。 由于rGO过程，石墨烯的晶格结构中引入了大量缺陷。此外，该工艺还会导致化学不均匀性，从而影响批次之间的重现性。同样，这种形式的物质也很难描述。 然而，rGO确实有一些好处。单层石墨烯是有可能的，这种材料能够在一定范围的溶剂中很好地分散，也有可能获得高产量。 可伸缩性和市场地位 rGO技术既简单又可高度扩展。尽管有许多不同的技术方法，但其中存在两个问题。首先，这种工艺会对石墨烯晶格造成永久性损伤，其次，它还需要额外的处理步骤，这会增加整个过程的成本。 还原过程没有去除所有附着在石墨烯表面的基团，而且从石墨烯中去除氧会在晶格结构中留下空隙，这对还原过程产生的石墨烯的电学和光学性能有不利影响。 因此，rGO石墨烯在高端电子或光学设备中无法找到应用。例如，rGO石墨烯不具有取代或替代触摸屏中使用的氧化铟锡(ITO)所需的片状电阻。虽然热还原技术可以提高rGO在这一应用中的性能，但考虑到其性能，它并不是ITO的竞争对手。 在还原氧化石墨烯过程中，成本也是要考虑的一个重要因素。氧化和还原步骤的需要增加了与该过程相关的成本，并使rGO在竞争低价值和高产量应用时处于不利地位。这些昂贵的额外步骤也意味着还原氧化石墨烯在许多应用中很难被用作普通形式碳(如炭黑)的替代品。 总结 总的来说，与还原氧化石墨烯过程相关的成本和还原氧化石墨烯的性能特性限制了它在某些应用程序中的成功。随着rGO工艺的发展，大规模生产将降低该工艺的成本。 与所有形式的石墨烯一样，可能不适合某一种应用的材料将非常适合另一种应用。氧化石墨烯(氧化石墨烯)和还原氧化石墨烯(还原氧化石墨烯)是这种动态的完美例子，适用于适用于特定应用的不同形式的石墨烯材料。
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