微波还原氧化石墨烯及其气体储存性能研究

doi:10.6023/A13080884

化学学报 ›› 2014, Vol. 72 ›› Issue (3): 382-387.DOI: 10.6023/A13080884 上一篇下一篇

所属专题：石墨烯；纪念南开大学化学学科创建100周年

研究论文

微波还原氧化石墨烯及其气体储存性能研究

随东, 黄毅, 黄璐, 张昳, 陈永胜

功能高分子材料教育部重点实验室; 天津化学化工协同创新中心; 纳米科学与技术中心; 高分子化学研究所, 南开大学化学学院, 天津 300071

投稿日期:2014-02-12 发布日期:2014-02-25
通讯作者: 黄毅，E-mail：yihuang@nankai.edu.cn；陈永胜，E-mail：yschen99@nankai.edu.cn Fax：0086-022-23500693 E-mail:yihuang@nankai.edu.cn；yschen99@nankai.edu.cn
基金资助:
项目受国家科技部（Nos. 2012CB933401，2011CB932602，2011DFB50300）及国家自然科学基金（Nos. 50933003，50902073，50903044）资助.

Investigation of Gas Storage Properties of Graphene Material Prepared by Microwave-assisted Reduction of Graphene Oxide

Sui Dong, Huang Yi, Huang Lu, Zhang Yi, Chen Yongsheng

Key Laboratory of Functional Polymer Materials, Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering (Tianjin), Center for Nanoscale Science and Technology, Institute of Polymer Chemistry, College of Chemistry, Nankai University, Weijin Road 94, Tianjin 300071, China

Received:2014-02-12 Published:2014-02-25
Supported by:
Project supported by Ministry of Science and Technology of China (Nos. 2012CB933401, 2011CB932602, 2011DFB50300) and Natural Science Foundation of China (Nos. 50933003, 50902073, 50903044).

文章分享

1. 微波还原氧化石墨烯及其气体储存性能研究.PDF(2572KB)

摘要/Abstract

通过微波辅助还原氧化石墨烯（GO）的方法，制备了多孔石墨烯材料（MWRGO），并对该材料的结构与性质进行了深入研究. 结果表明，微波辐射使得GO有效还原，还原产物具有多孔、不规则堆积的结构，其比表面积达461.6 m²/g，孔径主要分布在0.67 nm左右. 进一步的研究表明，MWRGO材料具有很好的气体储存性能. 在77 K一个大气压下，MWRGO可储存0.52 wt%的H₂，当压力增加到60 bar时，H₂储存量高达10.7 wt%；在273 K一个大气压下，其对CO₂的吸附量高达7.1 wt%.

关键词: 石墨烯, 碳材料, 气体吸附, 微波还原, 多孔材料

Porous graphene material, named as MWRGO, has been prepared by microwave-assisted reduction method. Extensive characterizations indicate that graphene oxide was effectively reduced and MWRGO has a porous and disordered stacking structure. It has a special surface area of 461.6 m²/g with pore size centered at 0.67 nm. H₂ and CO₂ adsorption properties of MWRGO were investigated, showing a H₂ uptake of 0.52 wt% at 77 K and 1 atm and an absolute adsorption amount as high as 10.7 wt% at a higher pressure of 60 bar. The amount of CO₂ adsorption at 273 K and 1 atm is 7.1 wt%.

Key words: graphene, carbon materials, gas storage, microwave reduction, porous materials

引用此文

随东, 黄毅, 黄璐, 张昳, 陈永胜. 微波还原氧化石墨烯及其气体储存性能研究[J]. 化学学报, 2014, 72(3): 382-387.

Sui Dong, Huang Yi, Huang Lu, Zhang Yi, Chen Yongsheng. Investigation of Gas Storage Properties of Graphene Material Prepared by Microwave-assisted Reduction of Graphene Oxide[J]. Acta Chimica Sinica, 2014, 72(3): 382-387.

导出引用 EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

分享此文

参考文献

[1] Dillon, A. C.; Heben, M. J. Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 2001, 72, 133.

[2] Johnson, J. Chem. Eng. News 2004, 82, 36.

[3] Meng, L.-Y.; Park, S.-J. J. Colloid Interface Sci. 2010, 352, 498.

[4] Millward, A. R.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 17998.

[5] Yong, Z.; Mata, V.; Rodrigues, A. E. Sep. Purif. Technol. 2002, 26, 195.

[6] Ma, S.; Zhou, H.-C. Chem. Commun. 2010, 46, 44.

[7] Zhu, Y. L.; Long, H.; Zhang, W. Chem. Mater. 2013, 25, 1630.

[8] Forster, P. M.; Eckert, J.; Heiken, B. D.; Parise, J. B.; Yoon, J. W.; Jhung, S. H.; Chang, J.-S.; Cheetham, A. K. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16846.

[9] Liu, C.; Fan, Y. Y.; Liu, M.; Cong, H. T.; Cheng, H. M.; Dresselhaus, M. S. Science 1999, 286, 1127.

[10] Zhou, L.; Liu, X. W.; Li, J. W.; Wang, N.; Wang, Z.; Zhou, Y. P. Chem. Phys. Lett. 2005, 413, 6.

[11] Yang, Z.; Xia, Y.; Mokaya, R. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1673.

[12] Fan, Y. Y.; Liao, B.; Liu, M.; Wei, Y. L.; Lu, M. Q.; Cheng, H. M. Carbon 1999, 37, 1649.

[13] Wang, H.; Gao, Q.; Hu, J. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7016.

[14] Lozano-Castello, D.; Lillo-Rodenas, M. A.; Cazorla-Amoros, D.; Linares-Solano, A. Carbon 2001, 39, 741.

[15] Yang, J.; Sudik, A.; Wolverton, C.; Siegel, D. J. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 656.

[16] Geim, A. K.; Novoselov, K. S. Nat. Mater. 2007, 6, 183.

[17] Zhu, Y.; Murali, S.; Cai, W.; Li, X.; Suk, J. W.; Potts, J. R.; Ruoff, R. S. Adv. Mater. 2010, 22, 3906.

[18] Bonaccorso, F.; Sun, Z.; Hasan, T.; Ferrari, A. C. Nat. Photonics 2010, 4, 611.

[19] Wang, Y.; Shi, Z.; Huang, Y.; Ma, Y.; Wang, C.; Chen, M.; Chen, Y. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 13103.

[20] Zhang, F.; Zhang, T.; Yang, X.; Zhang, L.; Leng, K.; Huang, Y.; Chen, Y. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1623.

[21] Zhang, L.; Zhang, F.; Yang, X.; Long, G.; Wu, Y.; Zhang, T.; Leng, K.; Huang, Y.; Ma, Y.; Yu, A.; Chen, Y. Sci. Reports 2013, 3, 1408.

[22] Sui, D.; Huang, Y.; Huang, L.; Liang, J.; Ma, Y.; Chen, Y. Small 2011, 7, 3186.

[23] Liang, J.; Huang, L.; Li, N.; Huang, Y.; Wu, Y.; Fang, S.; Oh, J.; Kozlov, M.; Ma, Y.; Li, F.; Baughman, R.; Chen, Y. ACS Nano 2012, 6, 4508.

[24] Huang, L.; Yi, N.; Wu, Y.; Zhang, Y.; Zhang, Q.; Huang, Y.; Ma, Y.; Chen, Y. Adv. Mater. 2013, 25, 2224.

[25] Patchkovskii, S.; Tse, J. S.; Yurchenko, S. N.; Zhechkov, L.; Heine, T.; Seifert, G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 10439.

[26] Park, N.; Hong, S.; Kim, G.; Jhi, S.-H. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8999.

[27] Dimitrakakis, G. K.; Tylianakis, E.; Froudakis, G. E. Nano Lett. 2008, 8, 3166.

[28] Tylianakis, E.; Psofogiannakis, G. M.; Froudakis, G. E. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2459.

[29] Lu, R.; Rao, D.; Lu, Z.; Qian, J.; Li, F.; Wu, H.; Wang, Y.; Xiao, C.; Deng, K.; Kan, E.; Deng, W. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 21291.

[30] Srinivas, G.; Zhu, Y.; Piner, R.; Skipper, N.; Ellerby, M.; Ruoff, R. Carbon 2010, 48, 630.

[31] Ghosh, A.; Subrahmanyam, K. S.; Krishna, K. S.; Datta, S.; Govindaraj, A.; Pati, S. K.; Rao, C. N. R. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 15704.

[32] Ma, L.-P.; Wu, Z.-S.; Li, J.; Wu, E.-D.; Ren, W.-C.; Cheng, H.-M. Int. J. Hydrogen Energy 2009, 34, 2329.

[33] Yang, S.; Zhan, L.; Xu, X.; Wang, Y.; Ling, L.; Feng, X. Adv. Mater. 2013, 25, 2130.

[34] Srinivas, G.; Burress, J.; Yildirim, T. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 6453.

[35] Kumar, R.; Jayaramulu, K.; Maji, T. K.; Rao, C. N. R. Chem. Commun. 2013, 49, 4947.

[36] Burress, J. W.; Gadipelli, S.; Ford, J.; Simmons, J. M.; Zhou, W.; Yildirim, T. Angew. Chem.-Int. Ed. 2010, 49, 8902.

[37] de la Hoz, A.; Diaz-Ortiz, A.; Moreno, A. Chem. Soc. Rev. 2005, 34, 164.

[38] Coleman, K. S.; Bailey, S. R.; Fogden, S.; Green, M. L. H. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 8722.

[39] Yan, J.; Fan, Z.; Wei, T.; Qian, W.; Zhang, M.; Wei, F. Carbon 2009, 47, 3371.

[40] Sharma, S.; Ganguly, A.; Papakonstantinou, P.; Miao, X.; Li, M.; Hutchison, J. L.; Delichatsios, M.; Ukleja, S. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 19459.

[41] Zhu, Y.; Murali, S.; Stoller, M. D.; Velamakanni, A.; Piner, R. D.; Ruoff, R. S. Carbon 2010, 48, 2118.

[42] Stankovich, S.; Piner, R. D.; Nguyen, S. T.; Ruoff, R. S. Carbon 2006, 44, 3342.

[43] Stankovich, S.; Dikin, D. A.; Piner, R. D.; Kohlhaas, K. A.; Kleinhammes, A.; Jia, Y.; Wu, Y.; Nguyen, S. T.; Ruoff, R. S. Carbon 2007, 45, 1558.

[44] Okamoto, Y.; Miyamoto, Y. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 3470.

[45] Subrahmanyam, K. S.; Vivekchand, S. R. C.; Govindaraj, A.; Rao, C. N. R. J. Mater. Chem. 2008, 18, 1517.

[46] Sing, K. S. W.; Everett, D. H.; Haul, R. A. W.; Moscou, L.; Pierotti, R. A.; Rouquerol, J.; Siemieniewska, T. Pure Appl. Chem. 1985, 57, 603.

[47] Bourlinos, A. B.; Steriotis, T. A.; Karakassides, M.; Sanakis, Y.; Tzitzios, V.; Trapalis, C.; Kouvelos, E.; Stubos, A. Carbon 2007, 45, 852.

[48] Du, W. F.; Wilson, L.; Ripmeester, J.; Dutrisac, R.; Simard, B.; Denommee, S. Nano Lett. 2002, 2, 343.

[49] Rzepka, M.; Lamp, P.; de la Casa-Lillo, M. A. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 10894.

[50] Rubes, M.; Bludsky, O. ChemPhysChem 2009, 10, 1868.

[51] Xu, W. C.; Takahashi, K.; Matsuo, Y.; Hattori, Y.; Kumagai, M.; Ishiyama, S.; Kaneko, K.; Iijima, S. Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32, 2504.

[52] Furukawa, H.; Miller, M. A.; Yaghi, O. M. J. Mater. Chem. 2007, 17, 3197.

[53] Becerril, H. A.; Mao, J.; Liu, Z.; Stoltenberg, R. M.; Bao, Z.; Chen, Y. ACS Nano 2008, 2, 463.

微波还原氧化石墨烯及其气体储存性能研究

Investigation of Gas Storage Properties of Graphene Material Prepared by Microwave-assisted Reduction of Graphene Oxide

PDF

补充材料

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用此文

分享此文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

相关统计

本文评价

[1]	林航青, 马若茹, 江怡蓝, 许木榕, 林洋彭, 杜克钊. 用于卤素捕获的材料研究进展[J]. 化学学报, 2024, 82(1): 62-74.
[2]	刘建川, 李翠艳, 刘耀祖, 王钰杰, 方千荣. 高稳定二维联咔唑sp²碳共轭共价有机框架材料用于高效电催化氧还原^★[J]. 化学学报, 2023, 81(8): 884-890.
[3]	宁聪聪, 杨倩, 毛阿敏, 唐梓嘉, 金燕, 胡宝山. 石墨烯纳米带的可控制备研究进展[J]. 化学学报, 2023, 81(4): 406-419.
[4]	陈俊畅, 张明星, 王殳凹. 晶态多孔材料合成方法的研究进展[J]. 化学学报, 2023, 81(2): 146-157.
[5]	刘稳, 王昱捷, 杨慧琴, 李成杰, 吴娜, 颜洋. 离子液体非共价诱导制备碳纳米管/石墨烯集流体用于钠金属负极[J]. 化学学报, 2023, 81(10): 1379-1386.
[6]	闫绍兵, 焦龙, 何传新, 江海龙. ZIF-67/石墨烯复合物衍生的氮掺杂碳限域Co纳米颗粒用于高效电催化氧还原[J]. 化学学报, 2022, 80(8): 1084-1090.
[7]	李晓倩, 张靖, 苏芳芳, 王德超, 姚东东, 郑亚萍. 多孔离子液体的构筑及应用[J]. 化学学报, 2022, 80(6): 848-860.
[8]	张蒙茜, 冯霄. 共轭微孔聚合物膜的制备策略及其分离应用[J]. 化学学报, 2022, 80(2): 168-179.
[9]	李玲玲, 刘宇, 宋术岩, 张洪杰. 配位环境可调的Cu单原子的合成及催化加氢性能研究^※[J]. 化学学报, 2022, 80(1): 16-21.
[10]	王自陶, 刘耀祖, 王钰杰, 方千荣. 一种新型磺酸修饰的共价有机框架用于二氧化碳吸收和染料吸附[J]. 化学学报, 2022, 80(1): 37-43.
[11]	王旭生, 杨胥, 陈春辉, 李红芳, 黄远标, 曹荣. 石墨烯量子点/铁基金属-有机骨架复合材料高效光催化二氧化碳还原^※[J]. 化学学报, 2022, 80(1): 22-28.
[12]	熊昆, 陈伽瑶, 杨娜, 蒋尚坤, 李莉, 魏子栋. 理论探究水溶液条件对TMN_xC_y催化氮还原性能的增强机制[J]. 化学学报, 2021, 79(9): 1138-1145.
[13]	翟耀, 辛国祥, 王佳琦, 张邦文, 宋金玲, 刘晓旭. 微波辅助合成具有优异电化学性能的rGO/CeO₂超级电容器电极材料[J]. 化学学报, 2021, 79(9): 1129-1137.
[14]	刘长安, 洪士博, 李蓓. 石墨烯在甘油/尿素剥离液中的稳定行为的分子动力学模拟研究[J]. 化学学报, 2021, 79(4): 530-538.
[15]	方婧, 赵文娟, 张明浩, 方千荣. 一种新型酰胺功能化的共价有机框架用于选择性染料吸附[J]. 化学学报, 2021, 79(2): 186-191.