對苯二胺-氧化石墨烯交聯(lián)復合物的制備及性能研究.pdf

1、本文采用改進Hummers法制備得到氧化石墨，采用超聲剝離法對氧化石墨進行分散得到氧化石墨烯(GO)；首先，將GO粉末作為前驅(qū)體，選取對苯二胺(PPD)為改性試劑及氮(N)源，采用水熱回流法在不同用量比、反應溫度下制備得到功能化氧化石墨烯（GOP-X、GOP-T）；然后，以GO凝膠為前驅(qū)體、結(jié)合微波熱還原制備功能化還原石墨烯（MNGP-X）；最后，選取氨水（NH3·H2O）作為另一N源，通過水熱法制備不同N源(PPD、NH3·H2O、P

2、PD+NH3·H2O)N摻雜三維石墨烯(NGP-X)交聯(lián)復合物，利用XRD、FTIR、Raman、SEM、TEM、XPS和電化學工作站等對功能化（還原）氧化石墨烯與N摻雜三維石墨烯交聯(lián)復合物進行表征分析，研究功能化作用過程中改性產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、形貌及性能變化規(guī)律，揭示作用機理。
　　研究結(jié)果表明：通過改變GO與PPD用量比可以有效調(diào)控GO的結(jié)構(gòu)及性能，在反應過程中GO可以同時被還原和N摻雜。隨著PPD與GO用量比的增加，GOP-X層間

3、距d值基本呈拋物狀分布，先增加后減??；共軛結(jié)構(gòu)則逐漸恢復，導電性逐漸增強；反應過程中PPD和GO之間存在非共價的氫鍵（C-OH…H2N-X）與離子鍵(-COO-H3+N-X)，以及C-N共價鍵作用，且PPD中NH2與COOH之間的酰胺化反應先于與C-O-C之間的親核取代反應，相應作用機理也被提出。此外，反應溫度對PPD功能化GO具有顯著的影響，在10~90℃，隨溫度的升高，GOP-T層間距d值逐漸增大，片層平整度及片層層間位錯堆疊緊密程

4、度增強。在10~70℃，PPD單體與GO通過非共價離子鍵(-COO-H3+N-R)和氫鍵(C-OH…H2N-X)作用，樣品有序度變化較為緩慢；在90℃，PPD與GO通過共價C-N鍵作用，樣品有序度變化顯著。
　　若以GO凝膠為前驅(qū)體，PPD作為功能化改性試劑，可以得到交聯(lián)狀改性產(chǎn)物，與GO粉末態(tài)參與反應時相比，利用GO凝膠得到的改性產(chǎn)物片層交聯(lián)更為致密，片層上存在大量褶皺及螺旋狀凹坑；且可以通過微波輻照實現(xiàn)對功能化氧化石墨烯的快速

5、還原，并隨微波輻照時間的增加，樣品結(jié)構(gòu)缺陷減少，晶粒尺寸增大，而超級電容性能則顯著下降。
　　采用一步水熱法，選取PPD、NH3·H2O及PPD+NH3·H2O作為N源均可以實現(xiàn)石墨烯N摻雜，適量的PPD與NH3·H2O均有利于N摻雜石墨烯交聯(lián)復合物的形成。PPD改性有助于石墨烯片層間交聯(lián)與連續(xù)凹坑的形成，NH3·H2O的添加有助于石墨烯片層的有效分散及孔洞形成；將PPD+NH3·H2O作為N源時，通過調(diào)控PPD與NH3·H2O的

6、配比，可以實現(xiàn)二者的優(yōu)勢互補，不僅有效緩解石墨烯的團聚，增大三維石墨烯的比表面積，而且得到的三維石墨烯具有連續(xù)有序的大孔。在最佳配比（即確定GO與PPD質(zhì)量比為2:1，并利用NH3·H2O調(diào)節(jié)溶液pH=10.6）下獲得的N摻雜三維石墨烯氣凝膠NGP-10.6，N原子百分含量高達7.81％，體密度可以達到5.24 cm3/g；卷曲褶皺狀的片層相互交聯(lián)呈多孔狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成的大孔直徑在幾微米至幾十微米，且孔壁連續(xù)，在0.5 A?g-1電流密