石墨烯气凝胶的研究进展
国内外气凝胶发展现状
国内外气凝胶发展现状气凝胶是一种具有多孔结构和极低密度的功能性材料，因其独特的物理和化学性质在各个领域都有着广泛应用。
近年来，随着人们对新型材料需求的增加，气凝胶在国内外的研究与发展也日益受到重视。
一、气凝胶的定义和特点气凝胶是一种由高度交联的凝胶组成的多孔材料，其孔隙结构可调控，并且具有极低密度和良好的绝热性能。
这些特点使得气凝胶成为一种独特的新型材料，被广泛应用于隔热隔音、吸附分离、催化剂载体等领域。
二、国内气凝胶研究现状在我国，气凝胶的研究起步较晚，但近年来取得了显著进展。
许多高校和科研机构开展了气凝胶的制备和应用研究，为我国气凝胶产业的发展奠定了基础。
目前，国内研究重点主要集中在气凝胶的制备方法、性能调控以及应用领域拓展等方面。
1. 气凝胶制备方法目前，国内气凝胶的制备方法主要包括溶胶-凝胶法、超临界干燥法、溶胶凝胶法等。
这些方法的不断改进和优化，使得气凝胶的制备更加简便高效，并且可以调控气凝胶的孔隙结构和物理性能，满足不同领域的需求。
2. 气凝胶性能调控近年来，国内研究人员通过改变气凝胶的成分、控制热处理条件等手段，成功调控了气凝胶的力学性能、绝热性能、吸附性能等重要性能。
这些研究成果为气凝胶在航空航天、建筑节能等领域的应用提供了有力支撑。
3. 气凝胶应用领域拓展除了传统的隔热隔音领域，国内研究人员还开展了气凝胶在光学、催化剂载体等领域的应用研究。
例如，石墨烯气凝胶的制备与性能研究、金属氧化物气凝胶的催化性能等方面均取得了显著成果。
三、国外气凝胶研究现状相较于国内，国外气凝胶的研究历史更为悠久，研究水平也更加成熟。
欧美国家在气凝胶的制备方法、性能表征、应用拓展等方面取得了一系列重要进展，并且在多个领域有着广泛的应用。
1. 气凝胶的制备方法国外研究人员将超临界干燥、溶胶-凝胶等方法应用于气凝胶的制备中，并通过“模板法”、“超分子自组装”等手段实现了气凝胶的结构调控。
这些研究方法为气凝胶的精密制备和应用提供了重要技术支持。
石墨烯气凝胶的结构控制及其电化学性能
a—6 h; b—12 h ;c—24 石墨烯气凝胶的物化性质 为了分析石墨烯气凝胶的物化性质，将其与制
备石墨烯的原料（石墨）及中间体（氧化石墨烯）进行 比较。由图 3a 可以看出：在 26.6毅，12.1毅处分别检测 到石墨的（002）晶面和氧化石墨烯的（001）晶面的特 征衍射峰，而石墨烯凝胶在 12.1毅 处的衍射峰消失。 这说明在水热过程中氧化石墨烯完全被还原，同时， 其在 26.6毅处的衍射峰弱且宽，说明该材料的石墨烯 片层之间不是整齐地层层排列，而是随机地、相互交 联地组成三维多孔结构。
采用 Arbin BT 2000 型电化学工作站（美国阿滨
第一作者简介：瞿静 女 1982 年生 本科 工程师 主要从事沥青深加工方面的研究
第8期
瞿静等：石墨烯气凝胶的结构控制及其电化学性能
·15·
公司）对扣电进行循环伏安测试、恒流充放电测试和 倍率性能测试。
2 结果与讨论
2.1 氧化石墨烯水溶液的质量浓度对石墨烯气凝 胶结构的影响 反应条件设置为 180 益、12 h，所得石墨烯气凝
本研究首先采用水热法制取得到石墨烯气凝 胶，然后对其用作锂离子电池负极材料进行了初探，
考察了其电化学性能。
1 实验部分
1.1 石墨烯气凝胶的制备 采用 Hummer 法，以石墨作为原料，制取得到样
品———氧化石墨烯（GO），取 100 mg 氧化石墨烯粉 末于 100 mL 烧杯中，量取一定量的蒸馏水配 成 0.5~2.0 mg/mL 的氧化石墨烯分散液，将烧杯口密 封，同时置入超声仪中进行超声震荡（此过程需保证 超声仪中水温不超过 15 益）；超声分散 1 h 后，取出 在室温下搅拌 30 min；将前述步骤制得的溶液倒入 80 mL 的水热反应釜中，180 益下反应 6~24 h；待反 应结束后，整体冷却至室温，将样品取出并冷冻干燥 48 h，即可得到实验成品— ——石墨烯气凝胶。 1.2 材料的分析表征
石墨烯气凝胶的制备方法及去除水中抗生素研究进展
可压缩回弹的石墨烯气凝胶在固相萃取中的应用
可压缩回弹的石墨烯气凝胶在固相萃取中的应用
石墨烯气凝胶是一种由石墨烯片层构成的多孔材料，具有大的比表面积、优异的导电性和导热性等优良特性。
近年来，石墨烯气凝胶在各个领域得到了广泛的研究和应用，其中包括固相萃取技术。
固相萃取是一种常用的样品前处理技术，用于将目标化合物从复杂的样品基质中提取和净化。
传统的固相萃取材料如固相萃取柱和固相萃取膜在吸附和解吸过程中容易产生背压和困难，而石墨烯气凝胶由于其可压缩回弹的特性，能够有效克服这一问题。
石墨烯气凝胶作为固相萃取材料具有很大的比表面积，能够提供大量的吸附位点，增加目标化合物和基质之间的接触面积，从而提高吸附效率。
石墨烯气凝胶具有良好的吸附能力和选择性，能够选择性地吸附目标化合物，同时不吸附其他干扰物质，从而实现样品的净化和富集。
石墨烯气凝胶还具有优异的化学和机械稳定性，能够在多次重复使用过程中保持稳定的吸附性能。
石墨烯气凝胶在固相萃取中的应用具有广泛的应用前景。
石墨烯气凝胶可用于环境样品的污染物分析，如水中的有机污染物和重金属离子的富集和分离。
石墨烯气凝胶还可以用于食品样品中的农药残留分析和生物样品中的药物代谢产物的测定。
石墨烯气凝胶还可以用于医药领域的药物提取和分离。
石墨烯气凝胶的用途
石墨烯气凝胶的用途首先，石墨烯气凝胶在能源领域具有广泛的应用前景。
由于石墨烯气凝胶的高比表面积和优良的导电性能，它可以作为高性能电极材料，用于超级电容器和锂离子电池等储能装置中。
石墨烯气凝胶具有优异的电容特性，能够实现高能量密度和高功率密度的平衡。
此外，石墨烯气凝胶还可以作为催化剂载体，用于催化反应和燃料电池中。
其次，石墨烯气凝胶在环境领域也有很大的应用价值。
由于石墨烯气凝胶具有大孔径和高孔隙度的特点，它可用于吸附和分离气体、液体和固体废物。
例如，石墨烯气凝胶能够高效吸附有机污染物和重金属离子，具有很好的去除水中污染物的能力。
此外，石墨烯气凝胶还可以用于噪声和震动的控制，制备高性能的隔音材料和减振材料。
此外，石墨烯气凝胶还在电子器件中具有重要的应用价值。
石墨烯气凝胶可以作为柔性电子器件的基底材料，用于制备柔性显示屏、电子纸和传感器等。
石墨烯气凝胶还可以用于制备导电墨水，用于喷墨打印和传导油墨的制备。
此外，石墨烯气凝胶还可以用于制备高性能的热界面材料，提高电子器件的热传导性能。
除此之外，石墨烯气凝胶还在航空航天领域有广泛的应用前景。
石墨烯气凝胶可以用于制备轻质耐高温材料，用于制造飞机和火箭的结构零件。
石墨烯气凝胶还可以用于制备隔热材料，用于飞船的保温层和太阳能热发动机的隔热罩。
石墨烯气凝胶还可以用于制备热防护涂层，提高航天器的热稳定性和耐热性。
总之，石墨烯气凝胶具有很多优异的性能，适用于各个领域的应用。
目前，石墨烯气凝胶的研究还处于起步阶段，仍然存在一些挑战，如制备成本高、制备工艺复杂等。
但随着制备技术的进一步发展，石墨烯气凝胶的应用潜力将会得到更大的发挥，为科学研究和工程应用带来更多的创新和突破。
石墨烯气凝胶吸波材料
石墨烯气凝胶吸波材料石墨烯气凝胶是一种新型的吸波材料，具有广泛的应用前景。
本文将从石墨烯气凝胶的制备、结构特点和吸波性能等方面进行介绍，并探讨其在电磁波吸波领域的应用前景。
石墨烯气凝胶是由石墨烯纳米片层通过化学还原和凝胶化等方法制备而成的一种多孔结构材料。
石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体材料，具有优异的导电性、热导性和力学性能等特点。
通过对石墨烯进行化学修饰和纳米材料的加入，可以调控石墨烯气凝胶的孔隙结构和物理化学性质，从而实现对特定波段电磁波的吸收。
石墨烯气凝胶的结构特点是其具有高比表面积和多孔结构。
石墨烯纳米片层之间存在大量的孔隙，使得石墨烯气凝胶具有很高的比表面积。
这种特殊的结构使得石墨烯气凝胶能够有效地吸收和散射电磁波，从而实现对电磁波的吸波效果。
石墨烯气凝胶的吸波性能主要取决于其结构特点和成分组成。
石墨烯气凝胶中的石墨烯纳米片层能够有效地吸收电磁波，并将其转化为热能。
同时，石墨烯气凝胶中的纳米材料能够增强电磁波的吸收效果。
因此，通过调控石墨烯气凝胶的成分比例和结构特点，可以实现对特定波段电磁波的高效吸收。
石墨烯气凝胶在电磁波吸波领域具有广泛的应用前景。
首先，石墨烯气凝胶可以应用于电磁波屏蔽材料的制备。
石墨烯气凝胶具有高比表面积和多孔结构，能够有效地吸收电磁波，并将其转化为热能。
因此，将石墨烯气凝胶应用于电磁波屏蔽材料的制备，可以实现对电磁波的有效屏蔽，保护电子设备的安全。
石墨烯气凝胶还可以应用于雷达吸波材料的制备。
雷达吸波材料是一种能够吸收雷达波并将其转化为热能的材料。
石墨烯气凝胶具有优异的导电性和热导性，能够有效地吸收雷达波，并将其转化为热能。
因此，将石墨烯气凝胶应用于雷达吸波材料的制备，可以提高雷达系统的性能和隐身能力。
石墨烯气凝胶还可以应用于无线通信领域。
随着无线通信技术的发展，电磁波对人体健康的影响越来越受到关注。
石墨烯气凝胶具有高效的电磁波吸收能力，可以有效地减少无线通信设备对人体的辐射。
石墨烯气凝胶的研究进展
、 催化剂及其载
［10 － 11 ］
、 吸附
［7 － 8 ］
、 能量储存
［9 ］
、 电容器
等。
石墨烯是一种由碳原子构成的二维片层结构的 纳米碳材料
［12 － 13 ］
， 自 2004 年被 Geim 等发现以来就
1
以 ＲF 为黏接剂制备石墨烯气凝胶
Worsley 等［21 － 22］用 不 同 质 量 分 数 （ 0 ～ 4% ） 的
Progress in graphene aerogels
LI An，PEI Chunjuan * ，ZHU Zhaoqi，AN Jin，QIN Xiaojuan，BAO Xuemei
（ College of Petrochemical Technology，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050 ，China） Abstract ： Graphene aerogels have many superior properties like low density， large surface areas， large pore volume， high electrical conductivity， good thermal stability and wellcontrolled structures， which render it have a striking number of potential applications， such as adsorption， catalyst， energy storage， electrochemical． This paper reviews two different preparation methods by using resorcinol and formaldehyde as binder and hydrothermal process， characteristics and the and pointed out their tempting prospects for further development in different fields． recent progress of graphene aerogels， Key words： graphite oxide； graphene aerogel； hydrothermal process； carbon materials
石墨烯气凝胶材料的合成与应用研究现状
工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald116DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.10.116石墨烯气凝胶材料的合成与应用研究现状①张雨涵(南京工业大学 江苏南京 211800)摘 要：近几年来，随着科学技术的飞速发展，我国的石墨烯受到社会各界的广泛关注。
石墨烯在热力学、电力学、动力学方面都有很大的贡献，同时石墨烯在吸附、能量储存、催化剂等各个领域具有广泛的发展前景。
本篇文章以石墨稀气凝胶材料为研究主线，具体阐述了石墨烯气凝胶材料的合成与应用研究现状进行探讨，希望可以对我国石墨烯气凝胶的合成做出贡献。
关键词：石墨烯气凝胶 材料的合成 应用研究现状 吸附性能 可压缩性能中图分类号：TQ427.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)04(a)-0116-02①作者简介:张雨涵（1997—），女，汉族，江苏镇江人，本科，研究方向:材料科学与工程专业。
石墨烯气凝胶在经过高温处理后，对油脂、烷烃、烯烃、炔烃等各种复杂的有机物具有较强的吸附能力。
在对各种有机物进行吸附时，石墨烯气凝胶表现出可循环性，它们在循环利用利用后还有很强的吸附能力。
除了吸附性之外，石墨烯气凝胶还具有疏水性、耐高温、抗过敏等优良特性。
现代社会对石墨烯气凝胶有着广泛的应用，处于最前沿的科研工作者应该不断研究，为我国的科研工作做出贡献。
1 石墨烯与石墨烯气凝胶的具体概念1.1 石墨烯的具体概念石墨烯这种物质是由碳元素构成的，它的化学结构式是C60。
在我们的自然界中，由于碳元素具有较稳定、耐酸性碱性、耐高温、耐腐蚀性等特性，因此碳元素能够构成石墨稀并能够广泛应用于人们的生活中。
石墨烯在21世纪初期被科学家分离出来，我们生活中用来切割玻璃的金刚钻等都是由石墨烯构成的。
1.2 石墨烯气凝胶的具体概念石墨烯气凝胶的特性位于石墨烯和气凝胶之间，它具有高比面积、高电导率、高热导率、高机械性等优点。
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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