【摘 要】
:
石墨烯是单层的石墨结构单元,因其二维晶体结构独特的性能,为诸多行业带来了新的曙光,成为研究的热点。随着石墨烯研究的深入和关键技术的开发,高质量石墨烯的制备问题日益凸显。通过石墨的液相剥离来制备石墨烯,具有原料丰富、价格低廉以及可规模化等优点而备受瞩目。然而,目前的石墨液相剥离策略普遍存在层数不可控、剥离能耗高和重污染等问题,已经严重制约了石墨烯应用研究的发展。特别是双碳背景下的今天,节能、绿色低污
论文部分内容阅读
石墨烯是单层的石墨结构单元,因其二维晶体结构独特的性能,为诸多行业带来了新的曙光,成为研究的热点。随着石墨烯研究的深入和关键技术的开发,高质量石墨烯的制备问题日益凸显。通过石墨的液相剥离来制备石墨烯,具有原料丰富、价格低廉以及可规模化等优点而备受瞩目。然而,目前的石墨液相剥离策略普遍存在层数不可控、剥离能耗高和重污染等问题,已经严重制约了石墨烯应用研究的发展。特别是双碳背景下的今天,节能、绿色低污染石墨烯的可控剥离技术的发展则变得尤为重要。本论文主要针对石墨的液相剥离方法中存在的问题,对其剥离机制进行深入研究,通过研究制约剥离效率的关键问题,设计高效低能耗的剥离动力,实现电化学剥离和化学插层剥离石墨烯的可控制备。通过预插层策略提升了氧化石墨烯的剥离动力学行为,发展了一种高效的石墨氧化策略。同时,通过对剥离的石墨烯材料层间距的调控来提升石墨烯材料的电化学性能,探索其在储能领域的应用。具体研究内容包括以下四个部分。1.阳极水系电化学剥离技术制备石墨烯的过程中,由于水的分解电压低,电剥离过程中水分解产生的气泡分子对石墨电极的剧烈攻击,加速电极的短路,导致高质量的单层/少数石墨烯的剥离比例偏低。本章提出利用高氯酸钠盐包水(NaClO4-WIS)电解液,改变电解液体系内的水结构分布,通过增加体系内结合水的比例,调控低电压情况下易分解的自由水的比例,利用不同结构水的分解活性,解决电剥离过程中水分解过程的不可控问题,从而实现对石墨烯厚度和氧化程度的有效调控。利用密度泛函理论的分子动力学(DFT-MD)模拟分析,证明了NaClO4-WIS电解液中的自由水(氢键)向结合水(共价键)的转变,从而揭示了NaClO4-WIS电解液水分解的行为机制,即自由水分子数量的有效限制为到达电极表面制造了更多的障碍。因此,通过调控水系电解液分解活性的策略,从根本上改变了因电解水产生过多的气体造成石墨电极过早的脱落,造成的石墨烯产物层数不可控等的关键科学问题。2.针对化学插层剥离技术存在的剥离试剂的能耗高和利用率低等问题,通过硫酸(H2SO4)和双氧水(H2O2)的协同作用,发展了一种具有选择性氧化插层的高效剥离试剂,可控地合成低氧化水平、高导电性的GNPs,并对整个剥离过程进行系统的研究。结果表明,H2SO4和H2O2的歧化反应对石墨的边缘选择性氧化和无损插层起重要作用。通过DFT模拟,揭示H2O2等在石墨边缘的优先吸附作用实现了石墨的选择性边缘氧化反应,从而迅速的打开石墨层边,促进了气体分子对石墨的插层和剥离作用,实现了低氧化缺陷GNPs的高效制备。同时,利用GNPs优异的导电性作为电加热膜,在5 V的电压下,实现了高达275℃的温度变化,展现出优异的加热膜特性。3.在第三章的工作中,发现不同的H2SO4/H2O2配比将引发不同方向的反应,本章通过调节H2O2的比例,促进低阶硫酸石墨(H2SO4-GICs)的快速生成,H2SO4-GICs作为氧化石墨烯(GO)的关键前驱体,一直是影响GO反应动力学的关键因素。通过加入少量的H2O2,从而加速了H2SO4-GICs的生成反应,进而提升了GO的氧化效率。并对GO的插层过程和结构演化进行研究,结果表明,H2O2的含量对H2SO4-GICs的插层阶数具有重要的影响。低剂量H2O2更有利于触发了一阶H2SO4-GICs的生产,是提高GO剥离效率和氧化程度的关键因素。同时,针对难以氧化和剥离的大鳞片石墨,通过加入低计量H2O2同样表现出高效的插层和氧化效率提升的作用机制,从而发展了一种绿色的具有普适意义的GO改进策略。因GO更大的氧化程度,从而扩大了层间距。将还原后的GO作为钠离子电池负极材料,较大的层间距将有助于钠离子的快速脱嵌,从而显示出更好的倍率性能。4.石墨烯优异的性质,特别在电化学储能领域拥有巨大的应用价值和前景。本章利用绿色制备策略得到的GNPs和GO作为主要活性物质,通过简单的抽滤技术制备出GNPs-GO薄膜。利用GO表面丰富的官能团作为分散剂,改善GNPs团聚的问题,结合GNPs与GO不同的表面电荷分布,在溶液中的自组装行为,构筑GNPs-GO异质界面。结果表明,依赖GO/GNPs的静电吸附相互作用,通过调控GNPs和GO的配合比构筑了不同层间距的复合薄膜,将复合薄膜应用于钠离子电池负极材料,45%GNPs-RGO薄膜更有利于电子的快速传输,显示出较高的倍率特性。将其作为负极与活性炭匹配构筑钠离子混合电容器,在功率密度为200 W kg-1时,具有71 Wh kg-1的高能量密度,展现了优异的电化学性能。
其他文献
癫痫是一种常见的神经系统疾病,具有发病率高、突发性和反复性的特点,严重危害患者的身心健康。相位幅值耦合(Phase Amplitude Coupling,PAC)描述的是低频神经振荡相位调制高频神经振荡幅值的程度,在癫痫发作与传播的研究中得到了广泛关注和应用,对于诊断和治疗癫痫具有重要意义。因此,本文致力于研究PAC的新方法,提高了计算效率和抗噪性能,为分析异常脑电信号提供有效的工具。首先,实现了
亚洲沙尘的远距离输送是全球尺度最大的沙尘传输活动,可以席卷青藏高原并传输到高原下游的中国大部分地区,甚至可以跨太平洋传输到美洲。一方面悬浮在大气中的沙尘通过直接或间接效应影响了局地的辐射收支平衡;另一方面传输过程中沉降的沙尘为亚洲大陆和太平洋提供了丰富的矿物元素以及营养物质,增强了陆地植被和海洋浮游生物的生长。因此,亚洲沙尘循环与陆地-大气-海洋生物化学循环息息相关,对区域乃至全球的生态环境健康,
结核病(Tuberculosis,TB)是困扰人类数千年的一种传染病,其致病菌是结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis,MTB)。由于结核病的治疗周期较长,MTB对一线和二线抗结核药物均产生了不同程度的耐药性。耐多药结核(Multidrug-Resistant Tuberculosis,MDR-TB)和广泛耐药结核(Extensively Drug-Resistant
血管表皮生长因子受体-2(VEGFR-2)是一类重要的酪氨酸跨膜蛋白,与肿瘤血管新生、淋巴结转移和肿瘤干细胞侵袭等过程密切相关,是抗肿瘤药物研究的重要靶点之一。Sorafenib是最早上市的一款VEGFR-2抑制剂,由于临床用药中出现耐药性和口服生物利用度低等问题限制了疗效。PROTAC靶向蛋白降解技术是研究最早,降解机制和E3泛素连接酶配体研究最为广泛的一种生物技术,而VEGFR-2-PROTA
分类任务作为机器学习的三大任务之一,历来是人工智能研究的重点方向。随着计算机技术的发展和大数据时代的到来,神经网络技术重新进入人们的视野。为了方便处理图这种不规则的数据结构,近年来图神经网络(GNN)开始成为新的研究热点。图节点分类任务作为图神经网络的重要任务之一,也发展出了很多优秀的算法。其中,C&S算法在图节点分类的直推学习上的优秀表现获得了一致认可。然而,C&S没有利用图结构信息对输入数据进
背景与目的肠缺血再灌注(Ischemia/reperfusion,I/R)损伤是由急性肠系膜缺血、肠梗阻和肠移植等多种病理生理因素引起的临床常见事件;由于其发病隐匿,缺乏有效的治疗手段,故死亡率很高,探究减轻肠I/R损伤的策略对改善器官恢复和患者生存具有重要的意义。骨髓间充质干细胞(Bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)对包括肠I/R损伤在内的多种损伤具
本文研究的是下面的Kirchhoff型方程-(a+b∫RN|(?)u|~2dx)(?)u+V(X)u=λf(x,u)+|u|2*-2u,u(?)H~1(RN),其中维数N≥4,a,b,λ>0,V是正的位势函数.首先当N=4,f(x,u)=g(x)|u|q-2u,对于q=2,我们运用山路定理,能量估计,Nehari流形及Ekeland变分原理的一个推论证明了上述方程存在一个正的基态解;对于(?)(2
土遗址作为重要的文物种类之一,在世界多个地区均有分布。但在长期的自然环境和人类工程活动作用下土遗址发育了多种病害,使得土遗址濒临消失。土遗址保护中,加固材料的研究与开发是对土遗址加固的关键和难点。现有的实践证明,单一的材料不能很好地保护土遗址。基于现有加固材料提出的复合材料加固方法有望为土遗址加固提供新思路。加固后土体力学性质的改变是土遗址保护研究的核心问题之一,而土体的力学行为与其微观结构和微观
多类别物体的目标检测是计算机视觉领域中语义分割、实例分割和全景分割等高级别任务的基础,需要精准地识别出数字图像和视频中物体所属的类别并框出其所在的具体位置,广泛应用在智能安全防控和医学诊断等领域中。目前的多类别物体目标检测算法对尺寸较小的目标物体识别率较低,容易出现漏检的情况。为了进一步提高检测精度,本文提出了一种基于稠密扩张卷积和自注意力的目标检测算法DASAE。DASAE算法对基础的Effic
近年来随着社会经济的发展,抑郁症的发病率在逐年增加,关于抑郁症病因和治疗方案的研究越来越得到重视。随着人们在脑科学相关领域的研究不断深入,不少研究团队发现抑郁症患者的脑电信号存在异常,而且经颅直流电刺激技术在改善抑郁症症状上效果可观。脑电信号包含有丰富的生理和病理特征,通过对脑电信号进行分析可以更加直观地了解到大脑状态;经颅直流电刺激所产生的微弱的直流电可以直接穿过颅骨,刺激大脑皮层,调节大脑皮质