科普專欄 / Information

石墨烯海綿

石墨烯海綿是石墨烯薄片通過分子間作用力或化學鍵相互作用交聯得到的一種三維網狀結構,由于其具有較多的孔徑分布,比表面積大,極大的提高了石墨烯的吸附性能。該材料可通過模型得到各種形狀,使用和運輸都很方便。

石墨烯海綿是呈海綿狀的石墨烯三維結構。海綿結構允許污染物在它的孔狀間隙中擴散。海綿狀的結構也比單分散的片層容易處理和使用。因此,石墨烯海綿已經成為極具實用前景的石墨烯吸附材料。制備石墨烯海綿的關鍵在于保持石墨烯的多孔結構。冷凍幹燥能在幹燥過程中很好的保持氧化石墨烯的孔狀結構。在制備石墨烯海綿時,冷凍幹燥也是幹燥樣品的最佳選擇。石墨烯海綿也可以在水熱法還原氧化石墨烯的過程中得到。與氧化石墨烯海綿類似,石墨烯海綿的孔狀結構隻有在冷凍幹燥法中才能得到保持。直接幹燥石墨烯海綿會導緻其孔狀結構坍塌。通過水熱反應還原氧化石墨烯得到石墨烯海綿。

石墨烯和碳管制備的海綿,碳管能分散在氧化石墨烯懸浮液中,并與氧化石墨烯一起被維他命C還原,變成CNTs/RGO懸浮液,懸浮液在超臨界CO2環境下幹燥成為海綿。除還原法,石墨烯海綿還可以由小分子直接制備得到,如在220 ℃下用乙醇與溶劑熱反應72 h來制備了具有3D結構的石墨烯吸附劑。

海綿狀石墨烯具有疏松多孔的獨特結構,使得其在超級電容器、儲氫材料、傳感器、吸附材料等領域有着廣闊的應用前景。如利用硫脲和氧化石墨反應得到的石墨烯海綿對亞甲基藍和柴油的吸附量分别為184 mg/g和129 mg/g,且經過簡單的處理多次利用而不會造成石墨烯海綿結構的破壞和吸附能力的下降。另外對環境中放射元素鈾的吸附能力較強,吸附容量可達96 mg/g。

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