《还原氧化石墨烯在复合涂层中的取向》

  • 来源专题:关键矿产
  • 编译者: 欧冬智
  • 发布时间:2024-03-25
  • 采用溶胶-凝胶技术制备了含有还原氧化石墨烯(rGO)和3-(氨丙基)三乙氧基硅烷官能化rGO(APTES-rGO)的复合涂层,并沉积在Al 2024 T-3上。APTES 对 GO 的共价官能化是通过形成酰胺键发生的,并伴有 GO 还原。薄片被保留下来。添加APTES-rGO后,涂层的亲水性增加。添加 GO 时观察到相反的情况。一个关键的发现是,rGO薄片在涂层中团聚并以随机取向分布,而APTES-rGO薄片在基体中分布更均匀,并且似乎沿着基材的平面分布。
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  • 《二维石墨烯氧化物纳米片涂层有效解决锂枝晶问题》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2018-05-27
    • 锂金属电池是一款极具前景的高能量密度电池,其理论比容量高达3860 mAh/g,近10倍于锂离子电池。然而,锂金属电池存在一个致命缺陷,那就是在充放电过程中会产生大量枝晶,从而刺穿隔膜会引起电池短路,导致性能衰退甚至燃烧爆炸,因此亟需研究抑制锂枝晶生长的方法。 由伊利诺伊大学芝加哥分校Reza Shahbazian-Yassar教授课题组牵头的联合研究团队制备了新颖的二维石墨烯氧化物纳米片薄膜,作为保护层涂覆在玻璃纤维隔膜上,有效地抑制了锂枝晶的形成,从而显著地增强电池性能和循环寿命。研究人员通过喷雾热解方法将二维石墨烯纳米片(GOn)涂覆在玻璃纤维隔膜(GF)上,随后通过真空干燥处理,形成GOn修饰复合隔膜GOn-GF。扫描电镜表征显示,GOn均匀地嵌入到玻璃纤维GF的空隙中,从而有效地避免了GOn的堆叠和脱落,形成致密的二维涂层薄膜覆盖在GF表面,有助于锂离子快速传输。随后研究人员将制备的GF、GOn-GF隔膜应用于锂金属电池,并开展电化学性能测试进行对比研究。测试结果显示,在2 mA cm−2充放电电流密度下,采用无GOn修饰的GF隔膜电池经过80次循环后,电池容量就衰减了20%,但而当进一步增加循环次数到115次后,电池容量大幅衰减至初始状态的20%,库伦效率为80%;相反,采用GOn-GF隔膜的电池在经过160次循环后,电池容量仍可维持初始状态的83%以上,库伦效率接近100%,展现出更加优异的电池性能和循环稳定性。通过电化学阻抗谱测试发现,无GOn修饰的GF隔膜电池内部的界面传输电阻高达170 Ω,且循环后电池阻抗增加到了250 Ω,这主要是由于锂枝晶形成诱导高阻抗的固态电解质膜所致;相反,采用GOn-GF隔膜的电池内部界面传输电阻仅为70 Ω,且不会随着循环增大。研究人员指出,GOn-GF隔膜的电池性能提升主要得益于两方面改善,一是GOn-GF隔膜中二维石墨烯纳米片为锂离子提供了快速的传输通道增强电池充放电性能,二是有效地抑制了锂枝晶的形成增强了电池循环寿命。更为关键地是,该GOn涂层薄膜制备工艺简单、易于规模化且成本较低。 该项研究针对锂金属隔膜设计合成了新型的二维石墨烯氧化物纳米片保护涂层,增强锂离子的传输、抑制了锂枝晶的形成,增强了电池性能和循环寿命。为设计和开发高性能的锂金属电池提供了新的路径。相关研究工作发表在《Advanced Functional Materials》 。 (郭楷模)
  • 《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。