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清华大学张芳团队:石墨烯基柔性薄膜的高效制备助力地下水净化

已有 1834 次阅读 2021-3-1 15:59 |系统分类:科研笔记

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【研究背景】


石墨烯基柔性自支撑薄膜具有重量轻、结构稳定、机械韧性高、耐高强度弯曲折叠、导电高等优势,可以很好解决涂布时电极活性物质易粉化剥离、弯折过程中短路以及材料保存问题。由于石墨烯材料表面官能团较少,分散液中溶解度较低,不易直接制备成柔性薄膜,因此常利用氧化石墨烯(GO)前驱体后还原方式制备,其中真空抽滤法由于设备廉价、操作简单、定量方便等特点被研究者广泛使用。但该方法存在部分局限:1. 水系抽滤法耗时较长,分散溶剂挥发较慢,无法达到快速制备的目的;2. 制备的薄膜尺寸较小,难以实现规模化生产。


【成果简介】


为了克服传统水系真空抽滤法的缺陷,清华大学张芳团队设计了以乙醇(EtOH)作为GO分散剂的抽滤方法制备系列柔性GO自支撑薄膜,并通过热还原手段制备了掺N还原石墨烯(NDG)薄膜,对制备的自支撑薄膜微观结构、形成机理、电化学性能等进行了系统地研究。


【图文速览】


GO-EtOH法具有以下优势:1. 抽滤速率较传统水系方式提升近200倍,制备面积12.5 cm2的GO薄膜仅需2 min。2. 实现了700 cm2大尺寸薄膜的快速高效制备。3. 利用辅助的有机染料制备了多种彩色GO薄膜,丰富了柔性GO薄膜体系。

以高柔性的GO薄膜作为前驱体,利用热还原法制备的柔性NDG自支撑薄膜具有活性电极以及集流体两种作用,以吡咯氮和吡啶氮构型为主,碱性条件下,NDG薄膜比电容量为480.0 F g⁻1。构建的H2O/KOH柔性超级电容器,0.5 A g⁻1电流密度条件,比电容量可达312.5 F g⁻1。构建的对称电容去离子单元,对硫酸盐和铬酸盐具有较好的脱盐性能,在地下水净化中具有潜在应用价值。

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【论文通讯作者简介】


张芳

副教授

张芳老师于2008年获得清华大学双学士学位(环境工程与经济学专业),2010和2012年在美国宾夕法尼亚州立大学分别获得硕士学位和博士学位,师从B. E. Logan教授,之后2012~2014年继续在Logan课题组从事博士后研究。张芳老师于2015年任清华大学大学环境学院助理教授,2017年晋升为副教授。张芳副教授的研究领域主要为地下水电化学修复,高催化活性电极材料研发以及微生物电化学技术,研究成果在国际著名期刊如:Energy Environ. Sci., Environ. Sci. Technol., ACS Appl. Mater. Interface, J. Hazard. Mater., Environ. Sci. Technol. Lett., J. Power Sources, Electrochim. Acta, Sci. The Total Environ., Chemosphere等发表论文60余篇。

相关论文信息

论文原文在线发表于Carbon Energy,点击“阅读原文”查看论文

论文标题:

Preparation and characterization of colorful graphene oxide papers and flexible N-doping graphene papers for supercapacitor and capacitive deionization

论文网址:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cey2.59

DOI:https://doi.org/10.1002/cey2.59




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