利用简单的技术,简便的操作和低成本的生产方法制备基于石墨烯的柔性材料的有效方法是一项实际的挑战。本文清华大学环境学院张芳 副教授团队在《Carbon Energy》期刊发表名为“Preparation and characterization of colorful graphene oxide papers and flexible N‐doping graphene papers for supercapacitor and capacitive deionization”的论文, 研究使用GO-乙醇分散过滤技术快速制备柔性,功能性氧化石墨烯(GO)的方法。由于乙醇是挥发性液体,因此采用乙醇作为溶剂,过滤过程非常高效,干燥时间显著缩短。独立式GO纸可以超大尺寸(700 cm 2),颜色多样且具有可写特征。还原后,N掺杂石墨烯(NDG)纸仍保持良好的可折叠性,并具有改善的电导率和多孔结构。

当用作超级电容器的电极时,柔性NDG纸装置即使在尺寸扩展和极高的双重折叠下也表现出良好的电化学性能。此外,这种NDG纸电容器装置对地下水系统中的硫酸盐和铬酸盐进行电容性去离子显示出良好的电吸附性能。这些灵活的GO和NDG纸张有望促进石墨烯基材料的生产,用于能源和环境相关领域的实际应用。

彩色氧化石墨纸和柔性N掺杂石墨纸的制备与表征,用于超级电容器和电容去离子
图1、A,各种不同浓度(mg / mL)的彩色GO-乙醇分散液和不同质量的GO纸。 B,吸光度与GO-乙醇分散液浓度的关系。 C,用毛笔,记号笔和中性笔在GO纸上书写的石墨烯汉字。 D,GO≈700 cm 2的超大尺寸纸。用彩色GO纸制作的各种折纸工艺品的照片: (E)黄鹤,(F)绿蛙,(G)浮在水上的船,以及(H)窗花。( I )3D熊猫建筑,由多彩的GO纸张组装而成。 J,作者照片和姓名在GO纸上的打印过程
彩色氧化石墨纸和柔性N掺杂石墨纸的制备与表征,用于超级电容器和电容去离子
方案一、柔性GO和NDG纸制备过程的示意图。GO,氧化石墨烯;NDG,N掺杂石墨烯
彩色氧化石墨纸和柔性N掺杂石墨纸的制备与表征,用于超级电容器和电容去离子
图2、A,GO和还原的NDG论文的照片和转换。 B,原始的GO和经过转换的NDG纸的质量和厚度。 C,制备具有约170cm 2的大GO纸的可折叠GO和NDG纸鹤的示意图。 D,通过不同的缩小方法对三种类型的rGO纸的柔韧性照片:低温rGO-L(150°C),高温rGO-H(500°C)和NDG纸。 E,在水中漂浮,填充,超声和弯曲时在水中进行不同处理的NDG纸的照片。
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图4、A,石墨,GO和NDG纸的XRD图案。 B,GO和NDG纸在空气中的升温速率为10°C / min的TGA曲线。 C,GO(底部)和NDG(顶部)纸张的FTIR光谱。 D,石墨的拉曼光谱,GO和NDG论文。 (E)GO和(F)NDG纸的AFM图像分别具有相应的高度轮廓。AFM,原子力显微镜;FTIR,傅立叶变换红外;GO,氧化石墨烯;NDG,N掺杂石墨烯;TGA,热重分 析;XRD,X射线衍射
彩色氧化石墨纸和柔性N掺杂石墨纸的制备与表征,用于超级电容器和电容去离子
图5、NDG纸电极的电化学性能
彩色氧化石墨纸和柔性N掺杂石墨纸的制备与表征,用于超级电容器和电容去离子
图6、对于不同的溶液中的CDI设备的电吸附性能

总之,我们开发了一种简单的方法来有效地准备灵活的GO和NDG纸张。这种过滤GO-乙醇分散液以制造具有灵活,功能和可写行为的GO纸的策略是快速,高效和低成本的。此外,该方法还可以收获具有超大尺寸和各种颜色的GO纸。还原后的NDG纸仍保持出色的柔韧性和可折叠性。对GO和NDG纸的力学,形态和结构特性进行了表征和详细研究。这些柔性和功能性GO和NDG纸可能会促进通过大规模生产来制备石墨烯基材料的潜力,以用于可穿戴电子产品的实际应用和其他领域。

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