Artigo de método

Síntese e funcionalização de 3D Materiais Nano-grafeno Grafeno: Aerogels e grafeno Assembléias Macro

DOI:

10.3791/53235

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5 de novembro de 2015

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1Materials Science Division, Lawrence Livermore National Laboratory

Neste artigo

Resumo

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Este método de vídeo descreve a síntese de materiais monolíticos à base de grafeno 3D de alta área superficial derivados de precursores de polímeros, bem como óxido de grafeno de camada única.

Resumo

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Os esforços para montar o grafeno em estruturas monolíticos tridimensionais têm sido dificultados pelo elevado custo e baixa processabilidade do grafeno. Além disso, a maioria relatado grafene conjuntos são mantidos juntos através de interacções físicas (por exemplo, de van der Waals), em vez de ligações químicas, as quais limitam a sua resistência mecânica e condutividade. Este vídeo detalhes do método desenvolvido recentemente estratégias para fabricar materiais a granel, à base de grafeno em massa producible derivada de espumas de polímero ou óxido de grafeno única camada. Estes materiais consistem principalmente de folhas de grafeno individuais conectados através de ligantes de carbono ligação covalente. Eles manter as propriedades favoráveis ​​da grafeno tais como elevada área superficial e elevada condutividade eléctrica e térmica, combinada com morfologia de poros sintonizável e excepcional resistência mecânica e elasticidade. Este método sintético flexível pode ser estendido para o fabrico de nanotubo de polímero / carbono (CNT) umd polímero / óxido de grafeno (GO) materiais compósitos. Além disso, a funcionalização adicional de pós-sintética com antraquinona é descrito, o qual permite um aumento dramático no desempenho em aplicações de armazenamento de carga supercapacitores.

Introdução

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Uma vez que o isolamento de grafeno em 2004, um interesse na exploração suas propriedades únicas conduziu a um intenso esforço dirigido para montagem em grafeno, estruturas monolíticas tridimensionais que retêm as propriedades de folhas de grafeno individuais. 2-5 Estes esforços têm sido dificultados pela facto de a própria grafeno é caro e demorado para produzir e tende a agregar em solução, o que limita a escalabilidade de materiais à base de blocos de construção de grafene. Além disso, os conjuntos de grafene são tipicamente constituídos por interacções físicas de reticulação (por exemplo, van der Walls forças) entre as folhas de gra....

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Protocolo

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1. resorcinol-formaldeído (RF) Derivado grafeno Aerogels

  1. Na 2 CO 3 catalisadas aerogel de carbono (11% de sólidos, o CRF)
    1. Em um frasco de cintilação de 40 ml, adicionar água desionizada (7,1 ml) ao resorcinol (0,625 g, 5,68 mmol) e mistura-se num vórtex durante 1 minuto. Esmagar pedaços grandes resorcinol a pó utilizando um almofariz e pilão antes da adição de água. Note-se que eles não podem dissolver-se completamente até ao passo seguinte.
    2. Adicionar solução de formaldeído a 37% (0,900 g, 11,4 mmol) à suspensão de resorcinol e vortex durante 1 min.
    3. Adicionar carbonato de sódio (0,003 g, 0,028 mmol) à mist....

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Resultados

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A evolução da composição do material e morfologia durante a fabricação podem ser rastreados em várias formas, incluindo a difracção de raios X, espectroscopia de Raman e de RMN, microscopia electrónica, e porosimetria. Por exemplo, na síntese, de pirólise, e CO 2 a activação de gás, a conversão foi seguido por difracção de raios-X (DRX) (Figura 1E). A ausência do pico (002) relacionados com a difracção de empilhamento no padrão de DRX após a activação (traço azul) indica a transição de uma es.......

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Discussão

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É importante notar que os processos descritos aqui são apenas representativas. Muitos ajustes são possíveis para ajustar materiais para uma aplicação específica. Por exemplo, variando as concentrações de material de partida, mantendo resorcinol / formaldeído (RF) constante razão, podem ter um impacto sobre a densidade do material final. Catalisador de carregamento pode alterar a morfologia de poros, como uma carga maior no procedimento RF conduz a partículas primárias mais pequenas e vice-versa. O tempo de activação pod.......

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Divulgações

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Os autores não têm nada a divulgar.

Agradecimentos

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Este trabalho foi realizado sob os auspícios do Departamento de Energia dos EUA pelo Laboratório Nacional Lawrence Livermore sob o Contrato DE-AC52-07NA27344. Lançamento IM LLNL-JRNL-667016.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Tubos baratosde óxido de grafeno de camada únican/a300-800  nano tubos
de carbono de parede única (SWCNTs)Soluçõesde carbono P2-SWNT
resorcinolAldrich398047-500G
37% solução de formaldeído em águaAldrich252549
ácido acéticoAldrich320099
solução de hidróxido de amônio 28-30% NH3 baseAldrich
carbonato de sódioAldrich791768
antraquinonaAldricha90004
Secador supercrítico PolaronMicroscopia eletrônica CiênciasEMS 3100este é um modelo representativo, qualquer secador de ponto crítico compatível com acetona deve funcionar
320145

Referências

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  1. Novoselov, K. S., Geim, A. K., et al. Electric field effect in atomically thin carbon films. Science. 306 (5696), 666-669 (2004).
  2. Geim, A. K., Novoselov, K. S. The rise of graphene. Nat Mater. 6 (3), 183-191 (2007).
  3. Li, D., Kaner, R. B.

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