摘要：石墨烯是具有单原子厚度的二维碳原子晶体,也是一种独特的天然二维高分子.柔性石墨烯片层可以通过三维组装形成多孔的块体材料,从而将单个微观石墨烯的特性有效的发挥到宏观材料层面,推进石墨烯的实际应用.与此同时,随着人类社会对绿色可持续性能源的不断需求,基于石墨烯开发高效的电化学能源存储与转换材料成为当前研究的重要课题.受石墨烯这一天然二维高分子结构的启发,科学家们希望从原子或分子层面进一步理性设计合成新型二维高分子,获得新的骨架联接并具有优异可加工性能的新型二维材料并探索其在能源等领域的应用,这一研究领域充满巨大挑战.本专论将系统介绍我们设计合成了一系列新型电化学活性材料并与三维石墨烯有效复合制备成三维石墨烯复合物,以及灵巧合成了几种新型骨架联接的二维高分子材料,并重点实现这两个相辅相成方向在电化学能源存储和转化方面的应用探索,为解决电化学能源需求问题提供崭新的突破口.

摘要：选择天然石墨鳞片为原料,采用改进的Hummers法制备出氧化石墨(GO),再以硫脲、硫酸亚铁和氯化镍为改性剂,利用化学还原法和自组装法制备了氮、硫、铁、镍共掺杂三维石墨烯电极材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)等测试手段对材料进行分析表征,研究了不同因素对其析氢反应活性(HER)的影响,并通过均匀试验设计确定了制备的最佳工艺条件。结果表明:所制备的电极材料具有丰富的孔结构和完整的三维结构,石墨烯片层间距为0.3734 nm,并且无明显垛叠团聚,在酸性条件下显示出较高的HER活性,在电流密度为10 mA/cm2时,析氢过电位为-158 mV,塔菲尔(Tafel)斜率为74.33 mV/dec。

摘要：通过将三维石墨烯材料与聚二甲基硅氧烷薄膜相结合,设计并研制了一种宽带可拉伸的太赫兹波吸收材料,设计结构可以使三维石墨烯在聚二甲基硅氧烷层的保护下实现大幅度拉伸。实验结果表明,该吸波材料在0.2~1.1 THz的测试范围内有最高90%的吸收率,同时在20%的拉伸量下复合结构对太赫兹波吸收率基本保持不变,并且在去掉外力时材料样品的结构和性能均可恢复至原始状态。可拉伸太赫兹吸波材料具有带宽大、吸收率高、加工简单以及可大面积制备等优点,在太赫兹吸收器等领域中具有潜在的应用价值。

摘要：介绍了污泥污水中重金属的处理方法,研究了新型纳米材料石墨烯的重金属吸附特性,以及基于无线网络的石墨稀重金属吸附状态监测与控制技术。通过对石墨烯吸附液浓度、温度、电场电压等参数控制,提高了三维石墨稀的重金属吸附效率,笔者设计的无线监控网络,能实时监测布设的每个石墨稀吸附节点的污水重金属吸附状态。笔者为城市污泥污水中重金属污染的监测与治理提供了参考。

摘要：目的三维石墨烯在实际应用中所呈现的性能与其理论模拟结果相差甚远,目前尚无系统的原因分析和改进方法总结,回顾三维石墨烯的发展历程及近几年国内外研究进展是必要的,为三维石墨烯在工业设计和生产制备超级电容器电极活性材料中的应用提供参考。方法综述三维石墨烯的制备方法,阐述其在超级电容器中应用的研究,针对三维结构塌陷问题的解决办法、杂原子掺杂提高材料整体比电容及石墨烯基电容器的理论模拟等方面进行总结。结果三维石墨烯的制备方法主要有自组装法和模板法,自组装法还原度普遍较低,电容值一般为100~300 F/g;模板法制备的石墨烯比表面积可达500 m^(2)/g以上;多元素掺杂体系在高电流密度下的电容保持率普遍不足80%;关于分级多孔结构的理论模拟研究不足。结论制备分级多孔结构的三维石墨烯、多元素掺杂体系理论研究、非对称超级电容器的研究及应用将受到学者的关注。

摘要：石墨烯的剥离可谓是21世纪最伟大的发现之一,这种二维材料具有极佳的韧性,并且在在导电性能上也有着较好的表现。尤其是三维石墨烯更是以其多孔的结构,使电极反应更加迅速高效,因此被广泛地应用在电极制备方面。首先利用实验的方法进行了水凝胶和电极的制备;其次,通过实验室数据的整理分析了实验原理与氮吸附的问题;最后,在此基础上论述了N掺杂三维石墨烯的电化学性能。

摘要：二维高分子是通过共价键连接的在二维平面内具有周期性排列结构的分子片,因其具备质轻、柔性、可调结构和高适应性等优点近年来受到了国内外研究学者的广泛关注.可控制备二维高分子对于研究二维高分子的结构与性能关系、合成特定功能化改性的二维高分子具有重要的意义.本文以本课题组的研究工作为出发点首先围绕一种天然二维高分子材料(石墨烯)的快速制备、组装、功能性复合及其电化学应用进行总结,然后针对新型合成二维高分子材料(二维共价有机框架(2D COF),硅烯和二维共价三嗪框架(2D CTF))的制备方法、有效的分子设计和电化学应用进行总结,用于理解二维高分子的构效关系,为实现二维高分子的可控制备和高效应用提供了思路.

摘要：基于新型材料具有的可控性,石墨烯材料在三维宏观构筑中普遍使用。分析了三维石墨烯基多功能材料的使用现状,发现很难调整其微观结构,宏观结构也未剪裁,力学性能有待稳定,所以,对材料可控制备和性能进行了分析,给出了优化设计的思路,实现了性能的优化。

摘要：锰（Mn）基催化剂通常对电催化氧还原反应（ORR）活性较低。然而,在生物界中,锰（Ⅱ）离子常常是多种金属酶的辅因子。例如,具有Mn辅因子的血红素铜氧化酶（HCO）可以将O2还原成H2O,其活性中心Mn金属离子同时与O和N原子配位。

摘要：近日,浙江大学的研究团队利用甘油分子对氧化石墨烯的溶剂化作用,设计了氧化石墨烯/甘油3D打印墨水。该项研究开拓了新型三维石墨烯框架材料的范畴,为石墨烯材料在储能、复合材料、催化等领域的应用奠定了基础。