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CarbonEnergy:清華大學(xué)張芳團隊:石墨烯基柔性薄膜的高效制備助力地下水凈化

石墨烯基柔性自支撐薄膜具有重量輕、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、機械韌性高、耐高強度彎曲折疊、導(dǎo)電高等優(yōu)勢,可以很好解決涂布時電極活性物質(zhì)易粉化剝離、彎折過程中短路以及材料保存問題。由于石墨烯材料表面官能團較少,分散液中溶解度較低,不易直接制備成柔性薄膜,因此常利用氧化石墨烯(GO)前驅(qū)體后還原方式制備,其中真空抽濾法由于設(shè)備廉價、操作簡單、定量方便等特點被研究者廣泛使用。但該方法存在部分局限:1. 水系抽濾法耗時較長,分散溶劑揮發(fā)較慢,無法達到快速制備的目的;2. 制備的薄膜尺寸較小,難以實現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)。

為了克服傳統(tǒng)水系真空抽濾法的缺陷,清華大學(xué)張芳團隊設(shè)計了以乙醇(EtOH)作為GO分散劑的抽濾方法制備一系列柔性GO自支撐薄膜,并通過熱還原手段制備了摻N還原石墨烯(NDG)薄膜,對制備的自支撐薄膜微觀結(jié)構(gòu)、形成機理、電化學(xué)性能等進行了系統(tǒng)地研究。
GO-EtOH法具有以下優(yōu)勢:1. 抽濾速率較傳統(tǒng)水系方式提升近200倍,制備面積12.5 cm2的GO薄膜僅需2 min。2. 實現(xiàn)了700 cm2大尺寸薄膜的快速高效制備。3. 利用輔助的有機染料制備了多種彩色GO薄膜,豐富了柔性GO薄膜體系。
以高柔性的GO薄膜作為前驅(qū)體,利用熱還原法制備的柔性NDG自支撐薄膜具有活性電極以及集流體兩種作用,以吡咯氮和吡啶氮構(gòu)型為主,堿性條件下,NDG薄膜比電容量為480.0 F g?1。構(gòu)建的H2O/KOH柔性超級電容器,0.5 A g?1電流密度條件,比電容量可達312.5 F g?1。構(gòu)建的對稱電容去離子單元,對硫酸鹽和鉻酸鹽具有較好的脫鹽性能,在地下水凈化中具有潛在應(yīng)用價值。





該論文以“Preparation and characterization of colorful graphene oxide papers andflexible N-doping graphene papers for supercapacitor and capacitive deionization”問題,發(fā)表在Carbon Energy,DOI: 10.1002/cey2.59

論文通訊作者簡介

張芳副教授


 

張芳老師于2008年獲得清華大學(xué)雙學(xué)士學(xué)位(環(huán)境工程與經(jīng)濟學(xué)專業(yè)),2010和2012年在美國賓夕法尼亞州立大學(xué)分別獲得碩士學(xué)位和博士學(xué)位,師從B.E. Logan教授,之后2012~2014年繼續(xù)在Logan課題組從事博士后研究。張芳老師于2015年任清華大學(xué)大學(xué)環(huán)境學(xué)院助理教授,2017年晉升為副教授。張芳副教授的研究領(lǐng)域主要為地下水電化學(xué)修復(fù),高催化活性電極材料研發(fā)以及微生物電化學(xué)技術(shù),研究成果在國際著名期刊如:Energy Environ. Sci., Environ. Sci. Technol., ACS Appl. Mater. Interface, J. Hazard. Mater., Environ. Sci. Technol. Lett., J. Power Sources, Electrochim. Acta, Sci. TheTotal Environ., Chemosphere等發(fā)表論文60余篇。


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


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