Этот видеометод описывает синтез монолитных материалов на основе 3D-графена с большой площадью поверхности, полученных из полимерных предшественников, а также однослойного оксида графена.
Методическая статья
Этот видеометод описывает синтез монолитных материалов на основе 3D-графена с большой площадью поверхности, полученных из полимерных предшественников, а также однослойного оксида графена.
Усилия, чтобы собрать графена в трехмерных монолитных конструкций были затруднены высокой стоимости и плохой технологичности графена. Кроме того, большинство из них сообщили графена сборки проводятся вместе через физические взаимодействия (например, ван-дер-Ваальса), а не химических связей, которые ограничивают их механическую прочность и электропроводность. Это видео подробно метод недавно разработали стратегии для изготовления массовых-производимой, на основе графена сыпучих материалов, полученных либо из полимерных пен или одного оксида графена слой. Эти материалы состоят в основном из отдельных листов графена, подключенных через ковалентно связанных углерода линкеров. Они утверждают, благоприятные свойства графена, такие как большой площадью поверхности и высокой электро- и теплопроводностью, в сочетании с перестраиваемой морфологией пор и исключительной механической прочностью и эластичностью. Эта гибкая синтетическая метод может быть продлен до изготовления полимер / УНТ (углерода) ап УНТд полимер / оксид графена (GO) композитные материалы. Кроме того, дополнительный пост-синтетической функционализации с антрахинона описано, что позволяет резкое увеличение производительности хранения заряда в суперконденсаторных приложений.
Так изоляции графена в 2004 году, 1 интерес в освоении своих уникальных свойств привело к интенсивному усилий, направленных к сборке графена в трехмерных, монолитных конструкций, которые сохраняют свойства отдельных графеновых листов. 2-5 Эти усилия были затруднены То, что само по себе графен является дорогим и трудоемким в производстве и имеет тенденцию собираться в решение, которое ограничивает масштабируемость материалов на основе графена строительных блоков. Кроме того, графен сборки, как правило, состоит из физических сшивающих взаимодействий (например, ван-дер-Стены сил) между отдельными графеновых листов, которые намного меньше, проводящим и механической прочностью, чем химическая связь поперечных связей. Ливерморской национальной лаборатории был вовлечен в разработку новых пористых, низкой плотности углеродных материалов с 1980 года. 6 Несколько стратегии были определены для изготовления масс-произвоCible основе графена монолитные сыпучие материалы с обеих недорогих полимерных полученных углеродных пен, которые называются графена аэрогеля (газ), 7, а также путем прямого сшивания оксида графена (GO), листы, которые называются графен макро- узлы (GMAS). 8,9 Эти сверхвысокие площадь сыпучие материалы имеют высокие электро- и теплопроводность, механическую прочность исключительную эластичность и и перестраиваемый пор морфологии. Газ и GMAS нашли применение в многочисленных приложениях, включая электродных материалов суперконденсаторов в и аккумуляторов, расширенный катализатора поддерживает, адсорбентов, теплоизоляции, датчиков и опреснения. 10
Синтез графеновых аэрогелей начинается с золь-гель полимеризации водного раствора резорцина и формальдегида, чтобы генерировать высокую сшитых гелей органические. Эти гели промывают водой и ацетоном, затем высушили с использованием сверхкритического CO 2 и пиролизу в INert атмосфера, чтобы дать углеродных аэрогелей с относительно низкой площадью поверхности и объема пор. Углеродные аэрогели активируются контролируемого удаления атомов углерода в мягких условиях окислительной (например, СО 2) с образованием поперечно-сшитого материала, состоящего из двух аморфного углерода и графита нанопластинок, с более высокой площадью поверхности и открытым морфологией пор. 7 Уникальное преимущество Синтез золь-гель, что газ может быть изготовлен в различных формах, в том числе монолиты и тонких пленок, в зависимости от потребностей приложения. Углеродные нанотрубки 11 и / или 12 графеновые листы могут быть интегрированы в газ путем включения этих добавок в раствор предшественника золь-гель. Это создает композитных структур, в которых добавка становится частью первичной структуры сети углерода. Кроме того, каркас может быть Г.А. функционализированные после карбонизации / активации либо путем модификации поверхности аэрогеля или через осаждение материалов,например катализатор наночастиц, на каркасной структуры. 13
Графен макро-сборок (GMAS) получают непосредственно сшивания условный оксид графена (GO) листы, пользуясь присущей им химической функциональности. 9 GO листов содержат множество функциональных групп, в том числе эпоксидных и гидроксильных группировок, которые могут служить в качестве химические сшивающие сайты. Как и в подготовке GA, собраны GMAS которые сверхкритической сушат, чтобы сохранить пористую сеть, то пиролизу, чтобы уменьшить химические поперечные связи в проводящих углеродных мостов, которые обеспечивают структурную опору для сборки. Из-за ковалентных углерода мостов между графеновых листов, GMAS есть электропроводности и механическую жесткость, что на порядки выше, чем графеновых сборок, образованных с физической сшивки. Кроме того, GMAS имеют площадь поверхности приближающихся теоретическое значение одном листе графена. Сообщение синтетическое тепловой тreatment при повышенных температурах (> 1050 ° С) может значительно улучшить степень кристалличности GMAS, что приводит к еще более высокие удельные и модули Юнга, а также сопротивление лучше термического окисления. 14 после синтеза химическую обработку GMAS с редокс-активных органических молекул, таких как антрахинона может повысить емкость заряда в суперконденсаторных приложений. 15
Свойства перестраиваемый материал газа и GMAS являются, в частности, в результате тщательно различной синтетических условий, таких как реагент и катализатор концентрации, времени отверждения и температуры, условий сушки, процессов карбонизации / активации. 16 Это подробное видео протокола преследует решение неоднозначности в опубликованных методов, и направлять исследователей попытаться воспроизвести материалов и условий.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. резорцин-формальдегид (РФ) Производные Графен Аэрогели
2. Графен Оксид графена Производные Макро сборки
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Эволюция состава материала и морфологию при изготовлении могут быть отслежены различными способами, включая дифракции рентгеновских лучей, комбинационного и ЯМР-спектроскопии, электронной микроскопии, и порометрии. Например, в синтез, пиролиз, и СО 2 активации газа, преобразование последовали рентгеновской дифракции (XRD) (рис 1E). Отсутствие укладки, связанных с (002) дифракционного пика в рентгенограммы после активации (синий след) указывает на переход от структуры, содержащей графит нанопл...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Важно отметить, что процедуры, изложенные здесь только в качестве образца. Многие корректировки можно настраивать материалов для конкретного применения. Например, изменяя исходные концентрации материальных, сохраняя резорцина / формальдегида (РФ) постоянный коэффициент, могут иметь влияние на конечную плотность материала. Загрузка катализатора может изменить морфологию пор, как выше, нагрузка в процедуре РЧ приводит к меньшим первичных частиц, и наоборот. Время активации может играть роль, а также, в более короткие срок...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Эта работа была выполнена под эгидой Министерства энергетики США Ливерморской национальной лабораторией им. Лоуренса по контракту DE-AC52-07NA27344. Релиз IM LLNL-JRNL-667016.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Однослойные дешевые трубки | основе оксида графена | n/a | 300-800 nm XY размеры |
| одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) | Carbon Solutions | P2-SWNT | |
| резорцин | Aldrich | 398047-500G | |
| 37% раствор формальдегида в воде | Aldrich | 252549 | |
| уксусная кислота | Aldrich | 320099 | |
| раствор гидроксида аммония 28-30% NH3 basis | Aldrich | ||
| карбонат натрия | Aldrich | 791768 | |
| антрахинон | Aldrich | a90004 | |
| сверхкритическая сушилка Polaron | Electron Microscopy Sciences | EMS 3100 | это репрезентативная модель, должна работать любая осушительная машина для критических точек, совместимая с ацетоном |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение