石墨烯氣凝膠的研究進展

(武漢工程大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430205)

氣凝膠是一種具有超低密度、高孔隙率(99.8%)、高理論比表面積的固體材料，氣凝膠內部由納米粒子相互連結形成三維立體結構，并由氣體作為分散介質充滿孔隙，所以具有多孔、質量輕等特征，廣泛應用于納米電子學、能量儲存、傳感器和催化等領域。

石墨烯氣凝膠(GA)是以石墨烯為基體的氣凝膠。石墨烯是一種具有單層原子厚度和二維蜂窩狀晶格結構的碳材料，其理論表面積大(最大可達2 630m2/g)[1]、孔隙率高、強度大(楊氏模量達到1 060GPa)，易于加工成不同的特殊結構，有潛力成為高效、便攜且具有可回收性的新型吸附劑。但是，石墨烯本身缺乏功能基團，而且其獨特的芳環陣列結構使其片層之間共軛作用太強，在體系中極易發生團聚，在實際應用中存在分散困難和納米毒性的問題[2]。因此，石墨烯用作吸附劑時常需對其進行表面改性、與有機物復合，或采用納米粒子進行修飾，得到的石墨烯氣凝膠既保留了石墨烯的優異性能，又具有功能化基團，大大拓展了其應用范圍。

1 石墨烯氣凝膠的制備方法

石墨烯氣凝膠的制備方法主要有模板法、水熱還原法和溶膠-凝膠法等。

1.1 模板法

模板法是一種有效且簡單的方法，是指利用金屬鎳等前驅體制備出泡沫模板，在溶劑條件下，引導游離態的石墨烯通過氫鍵、范德華力、離子鍵的作用形成有序排列、結構分明的薄膜形態的石墨烯氣凝膠，最后通過酸化或氧化除去模板，從而生成結構有序、界限明確的薄膜狀GA或石墨烯支架[3]。……