石墨烯气凝胶的研究进展
二、气凝胶的结构及其性质
水 凝 胶
冷冻干燥 溶剂置换
气 凝 胶
气凝胶是指采用特殊工艺把湿凝胶中的液体用气体置换而不显著 改变凝胶网络的结构和体积而得到的具有低密度和高比表面积的高度 多孔性纳米材料。 只要是将凝胶中的液体被气体所取代，同时凝胶的网络结构基本 保留不变，这样所得的材料都称为气凝胶。
二、气凝胶的结构及其性质
石墨烯是已知的世上最薄的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的 光，它的电阻率也很低，只有大约10-8Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小 的材料
一、石墨烯的制备及其研究进展
1.2、单层碳原子结构的材料 富勒烯
单层碳原子
碳纳米管
石墨烯 气凝胶
一、石墨烯的制备及其研究进展
1.3 石墨烯的制备方法
石墨烯气凝胶的研究进展
姓名：王叙春 学号：14723567
目录 主要内容
一、 石墨烯的制备 及其研究进展
二、 气凝胶的结构 及其性质
三、 石墨烯气凝胶 的研究进展
一、石墨烯的制备及其研究进展
1.1、石墨烯到底是什么？
石墨烯是人们发现的第一种由单层原子构成的材料。是一种由碳原子以 sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格状的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二 维材料。
证明这个干燥转移在大面积石墨 烯电极转移过程和没有额外光刻 设备的情况下是非常有用的
Figure3 | Transfer processes for large-scale graphene films
Keun Soo Kim, Yue Zhao, Jae-Young Choi, Byung Hee Hong, et al. Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes. Nature,2009,457:706-710
一、石墨烯的制备及其研究进展
化学气相沉积法（CVD法）
Keun Soo Kim, Yue Zhao, Jae-Young Choi, Byung Hee Hong, et al. Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes. Nature,2009,457:706-710
一、石墨烯的制备及其研究进展
表1 四种不同方法制得的样品
结论：对于没有经过溶剂热过程处理的膨胀石墨，CAN分子很难进入其
夹层空间。
Wen Qian,Rui Hao ,Yanglong Hou. Solvothermal-assisted exfoliation process to produce graphene with high yield and high quality. Nano Research, 2009(2),706-712
3.3 石墨烯气凝胶的制备实例分析
实例二
合成路线：在强机械搅拌的作用下， 在200ml含有60ml的4.0mg/ml的 GO的烧杯中，加入0.72gL-抗坏血酸，直到完全溶解，加热到40℃后保持 至少16小时以形成石墨烯水凝胶，获得的水凝胶至少要在去离子水的作用 下净化一周，以去除小分子物质（包括L-抗坏血酸和它的氧化物），然后 通过冷冻干燥获得石墨烯气凝胶。
三、石和应用一直是十分重要的课题，石墨烯气凝胶是近年来在石 墨烯的基础上开发的一种新型多孔纳米块体材料，由于其低密度、高表面积、 大孔体积、高电导率、良好的热稳定性及结构可控等特性，使得其在吸附、储 能、催化、电化学等领域具有广阔的应用前景。
展望
1、目前石墨烯的制备方法仍然比较繁琐，从氧化石墨开始到成功制备出石墨 烯气凝胶，往往需要数天甚至一两周的时间，因此，需要寻找一种更加方便快 捷的制备方法，以实现石墨烯气凝胶的大规模工业化生产。
三、石墨烯气凝胶的研究进展
3.1 石墨烯气凝胶的产生及其性能
高导电性能 超低密度
高强度
石 墨 烯
气 凝 胶
高空隙率
比表面积大
强吸附性
石墨烯气凝胶
三、石墨烯气凝胶的研究进展
基于以上对石墨烯和气凝胶的了解，可以制备出一种以石墨烯为骨架单元 的气凝胶，这种产品既提供了一种二维石墨烯的三维集成与组装方法，又赋予 了石墨烯以气凝胶形式存在时所特有的性能，因而无论在基础科学还是在应用 科学方面都有非常重要的意义
定义：以石墨烯为骨架单元的气凝胶
高比表面积
高导电率
良好的机械性能
三、石墨烯气凝胶的研究进展
3.2 石墨烯气凝胶的制备方法
1、以RF为黏接剂制备石墨烯气凝胶
2、利用水热法制备石墨烯气凝胶
区别
制备过程中是否需要使用黏接剂
3.3 石墨烯气凝胶的制备实例分析
实例一
三、石墨烯气凝胶的研究进展
用不同质量分数( 0 ～ 4%) 的酚醛聚合物RF作黏接剂，以碳酸 钠为催化剂，在氧化石墨的水分散液中合成了RF-GO湿凝胶。经丙 酮溶剂交换和超临界二氧化碳干燥后，在氮气气氛下，于1050℃高 温热解还原制得石墨烯气凝胶。
Wen Qian,Rui Hao ,Yanglong Hou. Solvothermal-assisted exfoliation process to produce graphene with high yield and high quality. Nano Research, 2009(2),706-712
Graphene oxide
RF , C
Wet GO-RF gels washed in acetone
pyrolysis at 1050℃ under nitrogen Graphene aerogel
GO-RF aerogel
supercritical CO2 dried
Worsley M A, Pauzauskie P J, Olson T Y, et al. Synthesis of graphene aerogel with high electrical conductivity. Journal of the American Chemical Society, 2010, 132( 40): 14067-14069.
1
机械剥离法 物理方法
2
碳化硅(SiC)外延生长法
3
氧化还原法 化学方法
4
化学气相沉积法（CVD法）
机械剥离法
在保护气氛下加热石墨粉末到1000℃保持一分钟，获得膨胀石墨，随后将其加 入到乙腈(CAN)溶剂中，加热至180℃，保持12小时，经过热溶剂化过程后，CAN分 子进入膨胀石墨的夹层空间，未反应的石墨沉到瓶底，而经过溶剂化反应后的石墨因 为其比较松散的结构，通常会悬浮在溶剂中。再对产品进行超声处理一个小时，获得 一种悬浮液体，对混合物进行离心分离，即可制得稳定分散的石墨烯溶液 。
Zhang Xuetong, Sui Zhuyin, Luo Yunjun, et al. Mechanically strong and highly conductive graphene aerogel and its used as electrodes for electro-chemical power sources． Journal of Materials Chemistry，2011，21( 18): 6494 － 6497
Zhang Xuetong, Sui Zhuyin, Luo Yunjun, et al. Mechanically strong and highly conductive graphene aerogel and its used as electrodes for electro-chemical power sources． Journal of Materials Chemistry，2011，21( 18): 6494 － 6497
实例二
石墨烯气凝胶的表面形貌分析
对于超临界CO2干燥的石墨烯气凝胶，大范围形貌比较均一，放大后可以发现其三维网络结构 是随机取向的，且介孔分级明显，片状石墨烯中自由分布着一些大孔（大于50nm），同时也有很 多中孔（2-50nm），通过冷冻干燥的石墨烯气凝胶虽然在大范围取景中有着类似左图的三维网络 结构，但其介孔特征也有明显不同，大孔结构较多，几乎没有中孔结构。宏观表现为产品密度不 同。
实例二
三、石墨烯气凝胶的研究进展
通过加热氧化石墨和L-抗坏血酸混合液成功地制备了石墨烯气凝 胶，选择L-抗坏血酸为还原剂是由于其在还原过程中不产生任何气体， 可形成均匀的气凝胶。
氧化石墨烯 水分散液
石墨烯 水凝胶
左右分别为超临 界CO2干燥和冷 冻干燥制得的石 墨烯气凝胶
承重自身质 量约14000倍 的石墨烯气 凝胶
碳气凝胶
（石墨烯气凝胶）
二、气凝胶的结构及其性质
2.4 气凝胶的制备
气凝胶材料的制备一般包括两个过程，溶胶－凝胶过程和干燥过程，前者主 要是获得具有一定空间网络结构的含有少量催化剂的湿凝胶，后者则是去掉湿凝 胶网络骨架中的溶剂，得到最终的气凝胶材料。 目前气凝胶的制备工艺的差异主要体现在干燥方法上，常用的干燥方法有以 下几种
气凝胶—世界上最轻的材料
二、气凝胶的结构及其性质
2.1 结构特点
就结构而言，气凝胶微观上呈链状或串珠状结构，直径一般在十几纳米 以下。以二氧化硅气凝胶为例，通常其孔径分布较窄，主要是开放与联通的 介孔，普通二氧化硅气凝胶的孔结构呈无序状态。如图所示
何飞, 赫晓东, 杨丽丽 ,等. 二氧化硅气凝胶的制备方法研究. 材料导报 2005,（专辑Ⅳ）:31 郑文芝. 二氧化硅气凝胶研制及其结构性能研究 . 华南理工大学. 2010
二、气凝胶的结构及其性质
