改性石墨烯的制备及其氢气吸附性能的研究

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氢能是人类能够从自然界获取的、储量最丰富且高效的含能体能源,其做为清洁能源载体,越来越受到各国科学家的重视。但是,氢气安全、高效的存储成为它普遍应用的一大难题。碳基纳米材料因其独特的结构和性能成为储氢材料研究的热点。石墨烯作为一种最新发现的碳纳米材料,具有比表面积大、原子质量低、化学稳定性好、丰富的孔道结构、原料来源广泛等优点,近年来被广泛应用于氢气存储领域。石墨烯具有较大的比表面积,理论上氢气吸附量和比表面积成正比,然而石墨烯的纳米片层之间容易团聚而导致石墨烯比表面积的实际值远远小于理论值。这就需要寻找适当的方法得到稳定的石墨烯悬浮液进而制备高质量单层石墨烯来提高氢气吸附量。本文使用改进的Hummers法和超声剥离法制备了氧化石墨烯,再使用NaBH4作为还原剂制备出石墨烯,在还原过程中使用表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为分散剂得到分散性稳定的石墨烯悬浮液。利用XRD、SEM、TEM、FT-IR、Raman、XPS、TG、N2吸附-脱附等表征手段对其进行了表征,并考察了样品对氢气吸附性能,对氢气吸附等温线进行了Langmuir和Freundlich线性拟合。结果表明:氢气在石墨烯上的吸附符合Freundlich吸附模型,并且吸附过程为物理吸附。同时,研究了在使用化学还原法制备石墨烯过程中,使用绿色环保的葡萄糖作为还原剂制备石墨烯样品,为保证悬浮液呈碱性,在还原过程中添加适量NH3·H2O。利用XRD、SEM、TEM、FT-IR、Raman、XPS、TG、N2吸附-脱附等表征手段对其进行了表征,并考察了样品对氢气吸附性能。最后,分别用添加分散剂改性和葡萄糖还原改性制备的石墨烯的性能和氢气吸附数据,和改性前制备的石墨烯的比较,可以得出这两种改性方法为高性能氢气吸附用石墨烯的制备提供了简单、易行、环保的途径。
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