利用簡(jiǎn)單的技術(shù),簡(jiǎn)便的操作和低成本的生產(chǎn)方法制備基于石墨烯的柔性材料的有效方法是一項(xiàng)實(shí)際的挑戰(zhàn)。本文清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院張芳?副教授團(tuán)隊(duì)在《Carbon Energy》期刊發(fā)表名為“Preparation and characterization of colorful graphene oxide papers and flexible N‐doping graphene papers for supercapacitor and capacitive deionization”的論文, 研究使用GO-乙醇分散過(guò)濾技術(shù)快速制備柔性,功能性氧化石墨烯(GO)的方法。由于乙醇是揮發(fā)性液體,因此采用乙醇作為溶劑,過(guò)濾過(guò)程非常高效,干燥時(shí)間顯著縮短。獨(dú)立式GO紙可以超大尺寸(700 cm?2),顏色多樣且具有可寫(xiě)特征。還原后,N摻雜石墨烯(NDG)紙仍保持良好的可折疊性,并具有改善的電導(dǎo)率和多孔結(jié)構(gòu)。

當(dāng)用作超級(jí)電容器的電極時(shí),柔性NDG紙裝置即使在尺寸擴(kuò)展和極高的雙重折疊下也表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。此外,這種NDG紙電容器裝置對(duì)地下水系統(tǒng)中的硫酸鹽和鉻酸鹽進(jìn)行電容性去離子顯示出良好的電吸附性能。這些靈活的GO和NDG紙張有望促進(jìn)石墨烯基材料的生產(chǎn),用于能源和環(huán)境相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

彩色氧化石墨紙和柔性N摻雜石墨紙的制備與表征,用于超級(jí)電容器和電容去離子
圖1、A,各種不同濃度(mg / mL)的彩色GO-乙醇分散液和不同質(zhì)量的GO紙。 B,吸光度與GO-乙醇分散液濃度的關(guān)系。 C,用毛筆,記號(hào)筆和中性筆在GO紙上書(shū)寫(xiě)的石墨烯漢字。 D,GO≈700 cm 2的超大尺寸紙。用彩色GO紙制作的各種折紙工藝品的照片: (E)黃鶴,(F)綠蛙,(G)浮在水上的船,以及(H)窗花。( I )3D熊貓建筑,由多彩的GO紙張組裝而成。 J,作者照片和姓名在GO紙上的打印過(guò)程
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方案一、柔性GO和NDG紙制備過(guò)程的示意圖。GO,氧化石墨烯;NDG,N摻雜石墨烯
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圖2、A,GO和還原的NDG論文的照片和轉(zhuǎn)換。 B,原始的GO和經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的NDG紙的質(zhì)量和厚度。 C,制備具有約170cm 2的大GO紙的可折疊GO和NDG紙鶴的示意圖。 D,通過(guò)不同的縮小方法對(duì)三種類(lèi)型的rGO紙的柔韌性照片:低溫rGO-L(150°C),高溫rGO-H(500°C)和NDG紙。 E,在水中漂浮,填充,超聲和彎曲時(shí)在水中進(jìn)行不同處理的NDG紙的照片。
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圖4、A,石墨,GO和NDG紙的XRD圖案。 B,GO和NDG紙?jiān)诳諝庵械纳郎厮俾蕿?0°C / min的TGA曲線(xiàn)。 C,GO(底部)和NDG(頂部)紙張的FTIR光譜。 D,石墨的拉曼光譜,GO和NDG論文。 (E)GO和(F)NDG紙的AFM圖像分別具有相應(yīng)的高度輪廓。AFM,原子力顯微鏡;FTIR,傅立葉變換紅外;GO,氧化石墨烯;NDG,N摻雜石墨烯;TGA,熱重分 析;XRD,X射線(xiàn)衍射
彩色氧化石墨紙和柔性N摻雜石墨紙的制備與表征,用于超級(jí)電容器和電容去離子
圖5、NDG紙電極的電化學(xué)性能
彩色氧化石墨紙和柔性N摻雜石墨紙的制備與表征,用于超級(jí)電容器和電容去離子
圖6、對(duì)于不同的溶液中的CDI設(shè)備的電吸附性能

總之,我們開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)有效地準(zhǔn)備靈活的GO和NDG紙張。這種過(guò)濾GO-乙醇分散液以制造具有靈活,功能和可寫(xiě)行為的GO紙的策略是快速,高效和低成本的。此外,該方法還可以收獲具有超大尺寸和各種顏色的GO紙。還原后的NDG紙仍保持出色的柔韌性和可折疊性。對(duì)GO和NDG紙的力學(xué),形態(tài)和結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了表征和詳細(xì)研究。這些柔性和功能性GO和NDG紙可能會(huì)促進(jìn)通過(guò)大規(guī)模生產(chǎn)來(lái)制備石墨烯基材料的潛力,以用于可穿戴電子產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用和其他領(lǐng)域。

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