江蘇制備氧化石墨烯研發(fā)

當(dāng)今社會日益增長的能源與環(huán)境需求對儲能電池技術(shù)的發(fā)展既是機遇也是嚴峻的挑戰(zhàn)。納米碳材料如碳納米管與石墨烯因其優(yōu)異的導(dǎo)電能力、良好的機械性能以及獨特的形貌與結(jié)構(gòu)特征在儲能電池技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越普遍。本文通過綜述近年來碳納米管與石墨烯分別作為鋰離子電池的復(fù)合電極材料、負極活性材料、導(dǎo)電添加劑以及新型鋰硫電池用復(fù)合導(dǎo)電載體的***應(yīng)用進展，重點討論了這兩類納米碳材料的不同應(yīng)用模式對儲能電池容量性能、倍率性能以及循環(huán)壽命的影響。同時對目前研究中存在的問題進行了總結(jié)，并對未來發(fā)展方向，如開發(fā)低成本與環(huán)境友好的高質(zhì)量材料合成技術(shù)、提升材料的分散能力以有效構(gòu)筑復(fù)合電極結(jié)構(gòu)以及開發(fā)新的應(yīng)用模式等進行了展望。氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物。江蘇制備氧化石墨烯研發(fā)

氧化石墨烯成膜過程中因氧化石墨烯片層以交錯的方式堆疊在一起，會形成納米通道，因而可作為分子篩。Li等[6和Joshi等|_6]研究發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯膜具有一定的選擇滲透性，能使水化離子半徑小的離子及直徑小于納米通道孔徑的氣體分子通過，從而實現(xiàn)分子之間的分離。另外，氧化石墨烯膜還能吸附有機染料，可應(yīng)用于污水處理、鹽水淡化和油水分離等領(lǐng)域_6。Wang等l_7o]研究發(fā)現(xiàn)多孔納米聚丙烯腈纖維支撐基底的氧化石墨烯膜能完全過濾水中的剛果紅，且對無機鹽NaSO的阻滯率達56．7。Chen等_7將氧化石墨烯和碳納米管復(fù)合制備了還原氧化石墨烯一CNT復(fù)合濾膜，發(fā)現(xiàn)復(fù)合濾膜滲透率高達20～3OL·m·h·bar～，且對水中甲基橙阻滯率達97．3，對其他物質(zhì)的阻滯率達99％。云南生產(chǎn)氧化石墨烯改性石墨烯防腐漿料中分散有少層石墨烯，且具有較高的穩(wěn)定性。

自碳納米管(CNTs)在1991年被Iijima報道以來［10］，這種具有一維納米尺寸的管狀碳材料以其獨特的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)及光學(xué)特性，在電極材料、醫(yī)學(xué)、儲氫裝置和催化劑等諸多領(lǐng)域［11～13］得到了廣泛的應(yīng)用。鋰離子電池領(lǐng)域是碳納米管相當(dāng)有潛力的應(yīng)用方向之一。首先，碳納米管自身就是一種***的鋰離子電池負極材料;其次，碳納米管尤其是使用化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備的定向生長的三維碳納米管陣列具備優(yōu)異的機械強度，并且由于其獨特的彈道電子傳導(dǎo)效應(yīng)及抗電遷移能力，其電導(dǎo)率可高達105S/m［14］。將其作為三維導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或?qū)щ娞砑觿┘尤氲狡渌姌O材料之中，不但可提高復(fù)合電極的電子與離子傳輸能力，還可***增強電極的機械性能。

隨著工業(yè)的發(fā)展，漏油、有機溶劑、染料和重金屬對水的污染己成為**嚴重的環(huán)境問題之一，因此必須開發(fā)出能夠有效吸收和去除水中污染物的新型材料。石墨烯三維氣凝膠由于具有高孔隙率、低密度和良好的環(huán)境友好性等特點，經(jīng)常被作為一種高效的可循環(huán)吸收材料。（）１１［４（）］等人通過ＧＯ與吡咯溶液的水熱反應(yīng)制備了氮摻雜的三維石墨烯水凝膠，所得到的石墨烯骨架具有２．１ｍｇｃｍ－３的**密度和２８０ｍ２ｇ－１的大表面積，因此對各種類型的油和有機溶劑均有著出色的吸附能力，其吸附量高達自身重量的６００倍，遠遠高于其他常見的碳材料吸附劑。氧化石墨烯具有兩親性，是因為其含有官能團。

催化劑可以是天然或合成材料，例如酶、有機化合物、金屬和金屬氧化物。碳納米材料包括炭黑、碳納米管（ＣＮＴ）、石墨烯及其衍生物，是許多合成催化劑的重要組分。它們已被用作有效催化劑或其他催化劑的載體。在上述碳材料中，石墨烯**近引起了**強烈的關(guān)注。這主要是由于石墨烯與開發(fā)新催化劑的其他碳同素異形體相比具有多項優(yōu)勢。一是，石墨烯的理論比表面積高達約２６００ｍ２·ｇ－１，是單壁碳納米管的兩倍，高于單壁碳納米管、大多數(shù)炭黑和活性炭。這種結(jié)構(gòu)特征使得石墨烯非常適合作為負載催化劑的二維載體的潛在應(yīng)用。此外，局部共軛結(jié)構(gòu)賦予石墨烯在催化反應(yīng)中對基板的吸附能力增強。二是，石墨烯材料，尤其是化學(xué)改性石墨烯（ＣＭＧ），可以將氧化石墨及其衍生物作為起始原料，通過使用石墨以較低成本大規(guī)模獲得。石墨烯材料不含碳納米管中存在的幾乎不可避免的金屬雜質(zhì)，這會阻礙催化反應(yīng)中的碳納米管性能。三是，石墨烯的優(yōu)異電子遷移率促進催化反應(yīng)期間的電子轉(zhuǎn)移，改善其催化活性。四是，石墨烯還具有高的化學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，可以提高催化劑的壽命。氧化石墨烯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制備工藝具有技術(shù)壁壘。云南生產(chǎn)氧化石墨烯改性

高導(dǎo)電石墨烯銅復(fù)合材料的電導(dǎo)率可以達到108-118 % IACS，高于單晶銅和銀的電導(dǎo)率。江蘇制備氧化石墨烯研發(fā)

石墨烯是碳材料家族的新成員，它是由碳原子以sp2雜化軌道組成的只具有一個原子層厚度的單層片狀結(jié)構(gòu)材料。同碳納米管一樣，石墨烯也以其諸多優(yōu)點而被廣泛的應(yīng)用于儲能電池領(lǐng)域:(1)石墨烯具有極高的比表面積，其理論值高達2600m2/g［16］，這使得石墨烯基復(fù)合電極有著很好的電解液相容性;(2)石墨烯的電導(dǎo)率遠超其他碳材料，以石墨烯為導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的復(fù)合電極材料可以發(fā)揮優(yōu)異的倍率性能;(3)石墨烯衍生物如氧化石墨烯(GO)與還原氧化石墨烯(ＲGO)上含有的大量官能團與缺陷位可以作為多種金屬及金屬氧化物納米粒子的生長位點。這種由石墨烯矩陣組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)可以有效的抑制納米電極材料在充放電過程中的團聚現(xiàn)象及電極巨大的體積變化，從而增強電極材料的容量保持率與循環(huán)穩(wěn)定性。江蘇制備氧化石墨烯研發(fā)