​貴州大學邵（shào）姣婧教授課題組采用未除酸氧化石墨製備石墨烯氣（qì）凝膠

​貴州大學邵姣婧教授課題組采用未除酸氧化石墨製備石墨烯氣凝（níng）膠

近日，貴州（zhōu）大學材料與冶金學院材料物理係邵姣婧教授（通訊作者）課題組在期刊Carbon（一區，IF：7.082）上在線發表了以“Graphene Aerogel Derived by Purification-Free Graphite Oxide for High Performance Supercapacitor Electrodes”為題的學術（shù）論文，第一作者是貴州（zhōu）大學材料與冶金學院在職博士（shì）生唐曉寧。
石墨烯因其具有大比表麵積和高電子遷移率等優異的物理特性，是一種理想的超級電（diàn）容器電極材料。由於石（shí）墨烯具有強（qiáng）烈的疏水性，它的液（yè）相可操（cāo）作性低，很難直接通過石墨烯構建（jiàn）結構可調的宏觀電極材（cái）料。氧化石墨可看作石（shí）墨烯的前驅體，通過還原處理，可脫（tuō）除氧化石墨烯片層上的大部分含氧官能（néng）團，得（dé）到石墨烯基電極材料（liào）。改進的Hummers法是製備氧化石墨的常用方法之一，主要包括對石墨的強氧化處理和對氧化石墨的後處理清洗（xǐ）；其中，後處理清洗涉及酸洗（xǐ）和除酸兩步。酸洗是采用過量稀（xī）鹽酸將氧化石墨中的雜質清洗（xǐ）掉，得到的產物（wù）在此命名為未除（chú）酸的氧化石墨。為獲得純氧化石墨，需采用合適的後處理（lǐ）方法（如：透析法和離心法）進一步除酸。目前，這些後處理除酸方法要麽消耗大量水和時間，使得除酸步驟（zhòu）約占總（zǒng）合成時間的一半，導致（zhì）氧化石墨的合成效（xiào）率低，要麽需要使用有毒有機溶劑進行除酸，帶來安全隱患和提高合（hé）成（chéng）成本。

針（zhēn）對上述問題，本研究提出直接采用未（wèi）除酸氧化石墨作為前驅體製備石墨烯基材料，對比考察（chá）酸的存在（zài）對最終石（shí）墨烯（xī）基材料的結構（gòu）和性能（néng）的（de）影響，並評估直接采用未除酸氧化石墨作為石（shí）墨烯基材料前驅體的可行性和（hé）實用（yòng）性。論文（wén）首次（cì）報道了基於改（gǎi）進的Hummers法製備的未除酸氧化石（shí）墨為（wéi）前驅體，通過水熱和凍（dòng）幹（gàn）處理得到石墨烯氣凝膠H-GA。為了對比研究（jiū），作者也采用了純氧化石（shí）墨作為前驅體獲得（dé）了（le）另一種石墨烯氣（qì）凝膠GA（如圖1所示）。圖1兩（liǎng）種石墨烯氣凝膠（jiāo）GA和H-GA製備流程圖

研究結果表明：H-GA與GA的微觀形（xíng）貌相似（sì），但表麵化學存在明（míng）顯的不同（如圖2所示），兩種氣凝膠在水（shuǐ）係電解液中表現出相似的電化學儲能性能，在離子係電解液中，H-GA的電化學性能優於GA，主（zhǔ）要是因為H-GA在離子電解液中表現出更好的潤濕性。綜上所（suǒ）述，未除酸氧化石墨可以直接作為製備石墨烯（xī）基材料的前驅體；相較純氧化石墨為前驅體顯（xiǎn）示出（chū）更多優點，如高效（xiào）率，低成本，可大規模製備等。研究成果也暗示該未除酸氧（yǎng）化石墨在石墨烯纖維、石墨烯薄膜等石墨烯基材料的製備（bèi）方麵有著巨（jù）大應用潛力。

圖（tú）2兩種（zhǒng）石墨烯氣（qì）凝膠的表麵化學特征（zhēng）：以離子電解液（yè）EMIMBF4為液滴，a和b分別為氣凝膠GA、H-GA的原始接觸角；c為兩種氣凝膠的XPS圖譜
研究工作得到了國家自然科學基金（Nos.51502046和21564002）的資助。

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