Einführung von 3D-Graphen und seinen Verbundwerkstoffen

1. Einleitung

Graphen (Graphen) ist ein einschichtiges zweidimensionales (2 d) kohlenstoffhaltiges Material, das eng aus Kohlenstoffatomen gepackt ist. Graphen hat aufgrund seiner hervorragenden elektrischen, optischen, mechanischen und anderen Eigenschaften viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Gegenwärtig können Graphen (Graphen G oder chemisch reduziertes Graphenoxid rGO) und funktionalisierte Derivate davon durch ein mechanisches Abstreifverfahren, ein epitaktisches Wachstumsverfahren, ein chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren, ein chemisches Reduktionsverfahren und dergleichen hergestellt werden. Die Integration von 2-d-Graphen zum Aufbau einer Graphenanordnung mit einer spezifischen dreidimensionalen (3-d) Struktur und die Herstellung von funktionellen Vorrichtungen mit ausgezeichneter Leistung ist von großer Bedeutung für die Erweiterung der makroskopischen Anwendung von Graphen. Die 3D-Struktur kann der Graphenanordnung einzigartige Eigenschaften verleihen. B. Flexibilität, Porosität, hochaktivitätsspezifische Oberfläche, hervorragende Stoffübergangsleistung usw. Daher ist in den letzten Jahren die Herstellung und Anwendung von Graphenmaterialien im In- und Ausland sehr aktiv. Forscher haben erfolgreich eine Vielzahl von 3D-Graphenmaterialien mit Mikro- / Nanostrukturen unter Verwendung von Selbstorganisationsmethoden mit gerichteter Strömung, Templatsynthesemethoden usw. hergestellt. 3D-Mikro- / Nanostrukturen können durch Graphenschichten zusammengesetzt werden, Porogene werden eingeführt und Replikationsmethoden wie Templat Struktur erhalten werden. Zusätzlich kann Graphen effektiv mit anderen funktionellen Materialien zusammengesetzt werden, um Verbundmaterialien während der Bildung von 3D-Mikro- / Nanostrukturen zu bilden. Studien haben gezeigt, dass 3D-Graphen und seine Verbundwerkstoffe die inhärenten Eigenschaften von Graphen aufweisen und eine überlegene Leistung und eine breitere Leistung als 2D-Graphenmaterialien in Bezug auf Energiespeicherung, katalytische Reaktion, Umweltschutz und flexible / expandierbare leitfähige Materialien aufweisen. Anwendungsaussichten.

Derzeit haben Forscher die Herstellungsmethoden und Anwendungen von 3D-Graphenen aus verschiedenen Klassifizierungsperspektiven überprüft. In diesem Artikel werden der aktuelle Forschungsstatus, die katalytische Reaktion, die Wasserstoffspeicherung, die Wiederherstellung der Umwelt, die Sensorkonstruktion für 3D-Graphen und seine Verbundwerkstoffe kombiniert. wird die Anwendung von fünf Aspekten von Superkondensatoren überprüft. Gleichzeitig ein kurzer Überblick über die aktuellen 3D-Graphenmaterialien bei der Anwendung von Forschungsherausforderungen und Entwicklungsrichtung.

Herstellung von 2, 3 d Graphen

Graphen ist ein planares zweidimensionales Schichtmaterial mit einer Wabengitterstruktur. 3D-Graphen besteht aus 2D-Graphenschichten und weist eine spezifische dreidimensionale Mikro- / Nanostruktur auf. Bisher haben Forscher Präparate 3 d für verschiedene Graphenverfahren etabliert, zum Beispiel: (1) Verfahren zum Zusammensetzen des gerichteten Flusses: Die Graphenoxid (de) -Lösung wird durch eine poröse Membran filtriert und dann chemisch reduziert, um nicht unterstütztes 3-Drgo-Papier zu erhalten; (2) Lösungsmittel / hydrothermales Verfahren: Zur hydrothermalen Reduktion des Films wird das Volumen von rGO durch das durch das Additiv erzeugte CO2 und H2O erweitert, um ein 3 d poröses Material zu erhalten; (3) Montageverfahren für die Schablonengrenzfläche: Beispielsweise wird die Oberfläche der Lösung kondensiert. Die Wassertröpfchen werden durch die Schablone zur Selbstorganisation veranlasst und dann einer anschließenden Trocknung und Pyrolyse des Films unterzogen, um die Bildung einer de-thermischen Reduktion zu fördern ein elastischer hydrophober 3-Drgo-Film; (4) chemische Gasphasenabscheidung (CVD): B. Verwendung eines dreidimensionalen porösen Nickelfilms als Templat, Hochtemperaturzersetzung von Methan zum Wachstum von Graphen, Ätzen von Templatnickel mit Salzsäure oder FeCl 3 zum Erhalt eines dreidimensionalen Graphenschaums (3 dgf) mit einer durchdringenden Porenstruktur.

Es ist ersichtlich, dass die 3D-Mikro- / Nanostruktur durch zufällige oder Porenbildung während des 2D-Graphen-Integrationsprozesses oder durch Replikation der Morphologie des Templatmaterials erzeugt werden kann. Zusammenfassend wird das 3D-Graphenmaterial durch die Integration von 2D-Graphenschichten gebildet. Zusätzlich zu den inhärenten Eigenschaften von Graphen verleiht ihm die spezifische 3D-Mikro- / Nanostruktur neue Eigenschaften.

3, 3 d Anwendung von Graphen und seinen Verbundwerkstoffen

3.1, Anwendung in der Katalyse

Graphen wirkt nicht nur als Katalysator selbst, sondern auch als Träger für andere Katalysatoren. Die poröse Struktur des 3D-Graphenmaterials durch das Netzwerk ist nicht nur vorteilhaft für die Ionendiffusion und reduziert die Stoffübergangsdynamik, sondern bietet auch eine einzigartige Ladungsübertragung für eine schnelle Übertragung und Leitung. Leitfähiger Weg. Daher hat der auf 3D-Graphen und seinen Verbundwerkstoffen basierende Katalysator eine einzigartige Struktur und Eigenschaften und wurde verwendet, um Alkoholoxidation, Hydrazinoxidation, Sauerstoffreduktion, Peroxidation, organische Kupplungsreaktionen usw. zu katalysieren.

Mulchandani et al. Modifizierten zuerst das durch CVD-Verfahren hergestellte Graphen mit Kohlenstoffnanoröhrchen (G-MWNTs) auf einer glasartigen Kohlenstoffelektrode (GCE) und schieden dann elektrochemisch Pt-Nanopartikel ab, um schließlich Pt / G-MWNTs GCE.G- zu erhalten. Der MWNTs-Komplex hat eine große Oberfläche und erleichtert die Diffusion von Substanzen, und Pt und MWNT können den Ladungstransfer fördern. Daher können Pt / rGO-MWNTs / GCE die Oxidation von Methanol effizient katalysieren. Qu et al. Dpt / PdCu rGO-Komplex. Der Komplex hat eine starke Oxidationswirkung auf Ethanol. Seine katalytische Leistung ist viel höher als die von reinen Pt- und Pd-Cu-Elektroden, was dem Vierfachen der katalytischen Fähigkeit von handelsüblichen Pt / C-Katalysatoren entspricht.

Chendeng stellte N-dotiertes 3 d poröses Graphen (NHG) durch ein einstufiges hydrothermales Verfahren her. Da die Porenfläche bis zu 25% der Oberfläche beträgt, befinden sich am Rand der NHG-Schicht aktivere katalytische Stellen, und die Dotierung von N erhöht die katalytische Aktivität weiter. Das Material kann die Oxidationsreaktion von Hydrazin und die Reduktionsreaktion von Sauerstoff effektiv katalysieren. Gleichzeitig verhindert die poröse 3D-Struktur nicht nur wirksam die Anreicherung von Graphen, sondern erleichtert auch die Diffusion von Reaktanten und Elektrolyten. Studien haben gezeigt, dass 3 dnhg dem kommerziellen Massenanteil von 10% -20% Pt / C-Katalysator hinsichtlich Stromerzeugung, Strombegrenzung und Methanolpermeationsbeständigkeit überlegen ist. Fan et al. präparierte N-Dotierung durch Pyridinpyrolyse. Dmwnts / Graphen-Komposit, dieses Material kann durch Sauerstoffreduktion elektrokatalysiert werden. Feng et al. erfolgreich hergestelltes N-dotiertes Fe3O4-Komposit-Graphen-Aerogel (Fe3O4 / Rauch) durch hydrothermale Selbstorganisation, Gefriertrocknung und Wärmebehandlung. Gaszusammensetzung). Aufgrund seiner porösen Struktur und seiner hohen spezifischen Oberfläche kann das Material durch Sauerstoffreduktion elektrokatalysiert werden und weist eine hohe Stromdichte, einen niedrigen Ringstrom, eine geringe Wasserstoffperoxidproduktion, eine hohe Elektronentransferzahl und eine höhere Lebensdauer als handelsübliche Pt / C-Katalysatoren auf. Eigenschaften und kann in Brennstoffzellen verwendet werden.

Das 3d poröse rGO wurde durch ein indirektes Kaltschablonenverfahren synthetisiert und dann mit 3 dag / rGO mit Silbernanopartikeln gebildet. Das Material hat nicht nur eine gute katalytische Wirkung auf die Reduktionsreaktion der 4-Nitrophenol- und Suzukie Miyaura-Kupplungsreaktion, sondern ist auch leicht aus dem Reaktionssystem zu entfernen, wodurch eine umständliche Nachbehandlung vermieden wird. Zhao et al. Verwenden Sie die CVD-Methode mit Acetonitril als Kohlenstoffquelle. Nickel-Nanopartikel wurden als Katalysatoren verwendet, um MWNTs in situ auf 3 Drgo herzustellen. Die einzigartige poröse Struktur und die Elektronentransfereigenschaften des Verbundstoffs sind für den photokatalytischen Abbau des Farbstoffs Rhodamin B wirksam.

3.2 Anwendung bei der Wasserstoffspeicherung und anderen Gasadsorption

Die gestiegene Nachfrage des Menschen nach umweltfreundlichen Kraftstoffen hat zur Entwicklung von Wasserstoffspeichermaterialien mit hoher Kapazität geführt. Durch theoretische Berechnungen und experimentelle Studien untersuchten die Wissenschaftler die Gasadsorptionseigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren, die aus elementar dotierten rGO 3d-Verbundwerkstoffen bestehen.

Fang Zhouzi et al. untersuchten die Auswirkungen verschiedener Umweltfaktoren auf die Wasserstoffadsorptionskapazität von MWNT-Säulen-3D-Graphenmaterialien durch molekulardynamische Simulation. Die Ergebnisse zeigen, dass niedrige Temperatur, hoher Druck, großer Spalt und Vergrößerung des Durchmessers von MWNTs für die Adsorption von Wasserstoff vorteilhaft sind. Froudakis et al. zeigten, dass die 3D-Komposite aus MWNTs und Graphen die Wasserstoffadsorptionskapazität durch mehrskalige theoretische Studien erhöhen können. Wang et al. Untersuchten die chemische Reduktion. Das durch das Verfahren erhaltene 3-Drgo adsorbiert die Eigenschaften von Stickstoff, Wasserstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf. Die Ergebnisse zeigen, dass das Material 1,40% und 1,25% (Massenverhältnis) H2 (106,6 kpa, 77 k / 77 k), 2,98% Kohlendioxid (106,6 kpa, 273 k) adsorbieren und 18,7% Wasser absorbieren kann Dampf (97). Kpa, 293 k). Li et al. Chemisch reduziertes, mit Ni-B-Legierung dotiertes 3-d-Graphenmaterial. Die Ergebnisse zeigen, dass die H2-Adsorptionskapazität der mit Ni (0,83 Gew .-%) und B (1,09 Gew .-%) dotierten Materialien 4,4% (106 kpa, 77 k) erreichen kann, was dem Dreifachen des undotierten Graphenmaterials H2 entspricht. Zusätzlich kann die H 2 -Adsorptionsmenge des durch die Ca-Cluster-Modifikation erhaltenen porösen 3D-Graphenmaterials auf 5% bis 6% erhöht werden.

3.3, Anwendung in der Sensorkonstruktion

Das 3D-Graphenmaterial hat eine hohe spezifische Oberfläche, eine ausgezeichnete Elektronenleitfähigkeit und eine spezielle Mikrostruktur, die die Immobilisierungskapazität und die elektrische Leitfähigkeit aktiver Moleküle effektiv erhöhen kann, und hat einen potenziellen Anwendungswert beim Aufbau von ultrasensitiven Biosensoren. Gegenwärtig umfassen die für die Sensorkonstruktion verwendeten 3-d-Graphenmaterialien ein CVD-Wachstum von 3 dgf und seinen Verbundstoffen, zusammengesetzte Graphenaerogele, graphenmodifizierte Filme auf Elektroden, nicht unterstütztes Graphenpapier und dergleichen.

Unter Verwendung eines porösen Nickelfilms als Matrize weist das CVD-gewachsene geschäumte 3 dgf eine durchdringende Porenstruktur, eine hohe spezifische Oberfläche und eine gute Stoffübergangsleistung auf. Seit dem Aufkommen von 3 dgf wurden große Fortschritte bei der Konstruktion von Sensoren erzielt, bei denen ihre und ihre Verbundwerkstoffe als nicht unterstützte (unabhängige) Elektroden verwendet werden. Chen et al. verwendeten dieses Material direkt als nicht unterstützte Elektrode durch hydrophobe Wechselwirkung mit Dopamin (DA). Die Funktion erreicht einen hochempfindlichen Nachweis von DA (Empfindlichkeit beträgt 619,6 μa · mM –1 · cm –2), die Nachweisgrenze liegt bei nur 25 nm und der Nachweis von DA ist in Gegenwart von Harnsäure hochselektiv. Xi et al. Dgf ist die basische Kohlenstoffelektrode, und der Elektronenmediator Thiopurin wird durch In-situ-Polymerisation von Polydopamin als Bindemittel kovalent auf der Elektrodenoberfläche immobilisiert, wodurch der Echtzeitnachweis der Sekretion von Wasserstoffperoxid durch die Krebszellen, der Nachweis, realisiert wird Die Grenze liegt bei 80 nm und der Sensor hat eine gute Stabilität. Zhang et al. Galvanisch abgeschiedene Pt-Nanopartikel, MWNTs und Nanopartikel auf einer 3-dgf-Oberfläche zur Herstellung einer modifizierten Verbundelektrode, die zur Detektion von Wasserstoffperoxid verwendet wird. Die minimale Nachweisgrenze liegt bei 8,6 nm · dong usw. in 3 dgf. Der 3 dgf / Co3O4-Komplex wurde durch Synthese von Co3O4-Nanodrähten hergestellt. Der Komplex hat eine gute Stabilität und eine hohe Selektivität für den Glukosedetekt und kann einen enzymfreien Nachweis von Glukose im Serum erreichen. Die Nachweisgrenze (25 Seemeilen) ist viel niedriger als die eines einzelnen Co3O4-Nanodrahtmaterials (970 Seemeilen). Das Team synthetisierte auch 3 dg / MWNTs unter Verwendung einer zweistufigen CVD-Methode. Der Verbundstoff wird direkt als Elektrode für die DA-Detektion mit Nachweisgrenzen von nur 20 nm verwendet. Die durch Modifizieren mit Meerrettichperoxidase und Elektrolyt erhaltene Elektrode kann auch Wasserstoffperoxid mit einer Nachweisgrenze von 1 & mgr; m nachweisen. Anschließend haben Dong et al. kombinierte die Zinkoxid-Nanostäbe mit 3 dgf in situ und die modifizierte Elektrode wurde verwendet, um (Fe (CN) 6) 3 + und DA mit Nachweisgrenzen von 1 & mgr; m bzw. 10 nm nachzuweisen.

Zusätzlich zu 3 dgf, die durch CVD gezüchtet wurden, stellten die Forscher auch dreidimensionale Aerogele auf der Basis von rGO und ihren Verbundwerkstoffen her und untersuchten die Anwendung dieser Materialien auf GCE-Elektroden zur Herstellung von Sensoren. Zhang et al. Das preußische Blau (PB) Poröse PB @ rGO-Aerogel wurde durch Compoundieren mit rGO hergestellt. Zum ersten Mal wurden 3 Drgo-Materialien durch Hydrokrit-Vorläufer mit überkritischer Flüssigkeitstrocknung hergestellt. Die Aerogelvorläufer wurden hergestellt, indem L-Ascorbinsäure als Reduktionsmittel und FeCl 3 in Gegenwart von Ferricyanid reduziert wurden. PB @ rGO-Aerogel hat nicht nur ein geringes Gewicht (40-60 mg / cm3), sondern auch eine große spezifische Oberfläche (316 - 601 m2 / g) und eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit (38 s / m). Es weist eine niedrige Nachweisgrenze (5 nm) und einen breiten linearen Nachweisbereich (5 nm - 4 mm) beim Nachweis von Wasserstoffperoxid auf. Zusätzlich zu dem nicht unterstützten Aerogel stellten die Forscher auch einen 3D-modifizierten Film auf der Elektrodenoberfläche her. Yang et al. wird mit Silbernitrat ultraschallgemischt und tropfenweise auf GCE aufgetragen, um dreidimensionales rGO-Ag durch elektrochemische Reduktion zu erhalten. Die GCE-Elektrode dient zum Nachweis von Wasserstoffperoxid. Chang et al. 3 Daunps / rGO-Komplexe durch überkritische Kohlendioxidflüssigkeiten durch AuNPs und rGO zusammengesetzt. Anschließend wurde der Komplex in Isopropylalkohol und einem Elektrolytlösungsmittel dispergiert, auf GCE getropft und weiter mit BMP-TFSI-Ionenflüssigkeit (IL) beschichtet, um eine 3-Diller / Au / rGO-Elektrode zu erhalten, die einen empfindlichen Nachweis von Glucose ermöglichte. Die Nachweisgrenze lag bei 62 nm. Die Forschungsgruppe stellte 3 drgo-aunps / GCE durch GEM in einem Schritt durch elektrochemische Co-Abscheidung her, und die Thiol-modifizierte DNA wurde durch Bildung einer Au-S-Bindung auf der Elektrode immobilisiert. Die DNA- und Biotinmarkierung bildet eine Sandwichelektrode, die den Nachweis von Osteosarkomen mit einer Nachweisgrenze von nur 3,4 realisiert, und die Elektrode weist eine gute Selektivität, Reproduzierbarkeit und Stabilität auf.

Die nach dem zweistufigen Verfahren hergestellte 3-d-Sandwich-Immunelektrode erreicht einen ultraempfindlichen Nachweis von karzinoembryonalen Antigenen (CEA) mit einer Nachweisgrenze von nur 0,35 pg / ml und weist eine gute Stabilität und Reproduzierbarkeit auf. Hua et al. Das mit Essigsäure behandelte N-Butylbenzimidazol und rGO wurden durch π-π-Bindung zusammengesetzt, um einen 3-d-Komplex zu erhalten, der auf die AU-Elektrode aufgebracht wurde, um eine PBBIns-rGO / AU-Elektrode zu erhalten, und weitere Glucose wurde abgegeben. Eine Oxidase (God) -Lösung wird von der Enzymelektrode erhalten. Die Elektrode kann den schnellen Nachweis von Glucose realisieren. Das Herstellungsverfahren für HRP-Ab2 / TH / poröses Silbernanopartikel (NPS) -Nanomaterial, das Hexylpyridinhexafluorophosphat enthält, und das Nachweismethode eines elektrochemischen Immunsensors; (b) Herstellungsverfahren von Pt-MnO 2 / rGO-Papier. Auf die ionische flüssige Kohlenstoffpastenelektrode (CILE) wurde eine Mischung aus Hämoglobin (Hb), rGO und MWCNT getropft und eine Perfluorsulfonsäuremembran wurde modifiziert, um 3 Dnafion / Hb-GR-MWCNT / CILE zu erhalten. Die dreidimensionale Verbundelektrode kann den Nachweis von Wasserstoffperoxid, Trichloressigsäure und Natriumnitrit realisieren. Chen et al. schichtete die AuNPs und das Rinderserumalbumin-modifizierte Graphen (BSA-rGO) durch elektrostatische Einwirkung und wärmebehandelt. 3 d poröser Graphenverbundstoff, mit AuNPs dotiert und zur Detektion von Wasserstoffperoxid verwendet. Cui et al. Fanden heraus, dass unter alkalischen Bedingungen eine Desoxidation zwischen angesäuerten MWNTs aufgrund der Van-der-Waals-Kraft oder der π-π-Stapelung auftritt. Der auf GCE modifizierte dmwnts / rGO-Komplex ermöglicht die direkte Elektrochemie Gottes.

Burckel et al. verwendeten Kohlenstoffkristallisation, um einen 3 d porösen Graphen / Ni-Verbundstoff herzustellen, der mit festem Nickel als Kern und mehrschichtigem Graphen beschichtet war. Da das Vorhandensein von Nickel im Verbundstoff seine elektrochemische Aktivität erhöht, kann der Komplex hergestellt werden, um Glucose nach Herstellung der modifizierten Elektrode nachzuweisen.

Zusätzlich zur Modifizierung der 3D-Graphen-Grenzfläche an der herkömmlichen GCE-Elektrode zum Aufbau einer dreidimensionalen Sensorschnittstelle versuchten die Forscher auch, eine dreidimensionale flexible Elektrode herzustellen. Duan et al. erhielt das rGO-Papier durch Verdampfen und Reduzieren und bettete das rGO-Papier durch galvanische Abscheidung ein. Eine Verbundpapierbasis mit einer 3D-Netzwerkstruktur wurde konstruiert. Anschließend werden Pt-Nanopartikel durch Ultraschall-Elektroabscheidung im Verbundwerkstoff abgeschieden, um Pt-MnO2 / rGO-Papier zu erhalten, mit dem ein enzymfreier Nachweis der Freisetzung von Wasserstoffperoxid in situ durch lebende Zellen realisiert werden kann. Es ist erwähnenswert, dass das 3D-Graphenpapier eine gute Flexibilität aufweist und als flexible Elektrode verwendet werden kann.

Zusätzlich zum Nachweis von biologisch aktiven Molekülen wie Glucose, Wasserstoffperoxid und Tumormarkern kann 3D-Graphen auch mit chemischen Resistenzsensoren konstruiert werden, um einen hochempfindlichen Nachweis von umweltkontaminierten Gasen im ppm-Bereich zu erreichen. Am Beispiel von 3 dgf lautet der Nachweismechanismus: Der Widerstand von 3 dgf variiert mit der Konzentration des analysierten Gases. Daher kann die Leitfähigkeit von GF gemessen werden, um eine Gasdetektion zu erreichen. Wenn die NH3-Konzentration von 1000 ppm auf 20 ppm verringert wurde, wurde das ΔR / R (Widerstandsänderung) der aktiven 3-dgf-Schicht von 30% auf 5% verringert. Im Vergleich zu einwandigen Kohlenstoffnanoröhren (Kohlenstoff) und polymerleitenden Systemen ist die Detektion auf Basis des 3-dgf-Systems empfindlicher. Zusätzlich zur NH3-Detektion hat das Gerät den Vorteil, dass es bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck genauso betriebsbereit und stromsparend ist wie Metalloxidsensoren. Von besonderer Bedeutung ist, dass eine makroskopisch große 3-dgf-Detektion durch direktes Verbinden von leitfähigen Klebstoffen mit leitenden Drähten erreicht werden kann, während separat abgeschiedene oder einzelne Graphenschichten für elektronische Verbindungen photolithographisch verwendet werden müssen. Zusätzlich zu 3 dgf haben Lin et al. synthetisierte einen 3 dsno2 / rGO-Komplex mit einer Netzwerkstruktur durch hydrothermale Reduktion. Das Material kann bei Raumtemperatur eine hochempfindliche Reaktion auf NH3 mit einem Nachweisbereich von 10 bis 100 ppm.li erzeugen. Das poröse 3D-Verbundgel wurde durch Mischen von Graphen mit einer ionischen Flüssigkeit (1-Butyl-3-methylimidazoliumhexafluorophosphat) hergestellt. Der auf dem Verbundgel basierende elektrochemische Sensor kann für eine hochempfindliche Detektion ohne die Nachweisgrenze von nur 16 nm verwendet werden.

3.4 Anwendung bei der Umweltsanierung

Gegenwärtig wird die Umweltverschmutzung immer ernster. Das Entfernen von Schadstoffen im Wasser wie organischen Stoffen oder ausgetretenen Erdölprodukten ist zu einem Brennpunkt der wissenschaftlichen Forschung geworden. Die Modifizierung von 3D-Graphen oder die Herstellung von Verbundwerkstoffen kann die Eigenschaften der Pro- / Hydrophobizität wirksam steuern, die Entfernung von Umweltschadstoffen erreichen und die Vorteile einer großen Adsorptionskapazität, einer stabilen Leistung und Wiederverwendbarkeit aufweisen. In einer kürzlich durchgeführten Studie wurde der hydrophobe dreidimensionale poröse rGO-Film von Chen et al. zeigten großes Potenzial als selektives Adsorbens. Dieses Material kann mehr als das 37-fache seines Eigengewichts an Öl und das 26-fache seines Eigengewichts an organischem Lösungsmittel aufnehmen. Dies ist viel höher als bei Graphenschaum und Graphenfolien. Darüber hinaus ist der poröse rGO-Film sehr stabil und kann nach Entfernung der adsorbierten Ölschicht durch Hexan recycelt werden. Die hohe Adsorptionskapazität und die lange Lebensdauer (mindestens 10 Zyklen) machen den dreidimensionalen porösen rGO-Film zu einem idealen Material zur Entfernung organischer Stoffe, insbesondere zur Reinigung von Rohöllecks. Liu et al. hergestelltes 3 d Graphen / Poly nach dem mehrstufigen Verfahren. Der Pyrrolschaum erreicht eine schnelle Absorption von Ölen von bis zu 100 g / g und weist eine ausgezeichnete Recyclingfähigkeit auf. Das Tiwari-Team verwendete 3 Natriumhyaluronat als Reduktionsmittel, um 3 Drgo-Hydrogele durch π-π-Bindung herzustellen. Und elektrostatische Einwirkung kann Methylenblau (MB) und Rhodamin B in Wasser vollständig absorbieren. Die Entfernungsrate beträgt 100% bzw. 97%. Gleichzeitig hat der Toxizitätstest bewiesen, dass die Qualität des mit diesem Material behandelten Wassers übereinstimmt destilliertes Wasser.

Graphen-Verbundwerkstoffe sind auch ein Forschungsschwerpunkt. Dong et al. verwendeten eine zweistufige CVD-Wachstumsmethode, um ein 3d-Komposit aus Graphen- und Kohlenstoffnanoröhren-Hybridisierung zu synthetisieren. Dieses Material zeigt sowohl Superhydrophobie als auch Superlipophilie und kann Öl in Wasser effektiv adsorbieren. Klassen und organische Lösungsmittel. Liu und dergleichen werden mit Resorcin und Formaldehyd unter Verwendung von Lewis-Säure-Ni2 + -Ionen als Katalysator und Vernetzungsmittel gemischt, erhitzt, lyophilisiert, carbonisiert, um Ni-dotiertes 3 dg / Hydrogel (NGCC) zu erhalten. Das Material kann Öle adsorbieren, die mehr als das 20-fache seines Eigengewichts betragen. Farbstoffe sind neben Ölen auch ein Forschungsschwerpunkt. Das NGCC absorbiert MB in Wasser mit 151 mg / g. Es ist besonders bemerkenswert, dass das Material einem Objekt standhalten kann, das mehr als das 3.500-fache seines Eigengewichts bei einer Druckfestigkeit von 0,038 mpa beträgt. Basierend auf der π-π-Wirkung haben Shi et al. verwendeten Gallussäure-unterstützte chemische Reduktion zur Herstellung von Gallussäure-Graphen-Aerogel (GaA-GA), das Öle, organische Lösungsmittel und Farbstoffe im Abwasser effektiv reinigen kann. Das Material realisiert eine vollständige Adsorption des mit dem Farbstoff Sudan III-Farbstoff markierten Kerosins. Titandioxid wird auch in Kombination mit Graphen verwendet. Yan et al. Lösungsmittel-Wärmebehandlungsverfahren, 3 dtio2- mit mesoporöser Struktur, wird durch direktes Sol-Gel-Verfahren hergestellt. Der Rgo-Komplex kann die organischen Schadstoffe Rhodamin B und Norfloxacin wirksam abbauen. Das TiO2-rGO-Hydrogel (TGH), hergestellt von Liu et al. hat eine ausgezeichnete Adsorption an MB und der maximale Adsorptionswert beträgt 120 mg / g. Die Adsorptionskapazität ist höher als die von reinem Titandioxid, das 3-4-mal so hoch ist wie die von Graphenhydrogel. Zusätzlich kann TGH nach Bestrahlung mit ultraviolettem Licht nach Adsorption wiederverwendet werden. Wang und Li werden zusammen mit L-Ascorbinsäure und Hydrazinhydrat reduziert, und MWNTs oder Titandioxid-Nanopartikel (P25) werden bei Raumtemperatur eingebettet, um 3 Tage Wasser zu synthetisieren. Kleber (P25-MWNTs-rGO). Dieses Material kann verwendet werden, um MB in Wasser mit einer Entfernungsrate von 2-mal der von P25-MWNT und 10-mal der von P25 zu reinigen. Dies zeigt die Vorteile von Graphen-Verbundwerkstoffen voll und ganz.

Zusätzlich verwendeten Cheng Enhua et al. Chitosan (CS) und einen wärmebehandelten Chitosan-Graphen-Komplex (3 dcs-rgo), um aktives Schwarz (RB5) in wässriger Lösung zu entfernen. Die Entfernungsrate betrug 97,5% (die Anfangskonzentration von RB5) betrug 1,0 mg / ml). ClO4 - hat eine hohe Wasserlöslichkeit und eine starke chemische Stabilität, kann jahrzehntelang im Wasser vorhanden sein und der Körper nimmt ClO4 auf - es behindert die Sekretion von Schilddrüsenhormon und beeinträchtigt so die Gesundheit. Zhang et al. Das 3d-Graphen-Polypyrrol (rGO-Ppy) -Nanokomposit wurde durch ein elektrochemisches Verfahren synthetisiert und das Komposit wurde zum ersten Mal verwendet, um ClO4 in Wasser zu entfernen. Das Duan-Forschungsteam synthetisierte nicht unterstütztes, pDA-funktionalisiertes 3-d-Graphen-Hydrogel (3-dpda-gh), das eine Vielzahl von Wasserschadstoffen wie Schwermetalle, synthetische Kraftstoffe und aromatische Schadstoffe effektiv adsorbieren kann. Der Adsorptionseffekt des Materials auf das durch das hydrothermale Verfahren synthetisierte Graphenhydrogel ist stärker ausgeprägt. 3 dpda-gh kann nach Behandlung mit billigen Chemikalien regeneriert werden.

3.5, Anwendung in Superkondensatoren

Superkondensatoren werden auch als elektrochemische Kondensatoren (ECs) bezeichnet. Der ideale Superkondensator hat eine hohe Energiedichte, eine schnelle Ladung, eine schnelle Entladungsrate und eine lange Lebensdauer. ECs, die von Lade- und Entlademechanismen klassifiziert werden, umfassen elektrische Doppelschichtkondensatorplatten und virtuelle Kondensatoren. Die Studie ergab, dass EDLCs hinsichtlich Leistungsdichte und Lebensdauer überlegen sind. Die Leistung von ECs hängt weitgehend von ihren Baumaterialien ab, wie Metalloxiden, Polymermaterialien und Materialien auf Kohlenstoffbasis. Die auf den ersten beiden Materialien basierenden ECs weisen jedoch häufig Mängel wie Aufladung, niedrige Entladungsrate, kurze Lebensdauer und hohe Kosten auf, und die aus Materialien auf Kohlenstoffbasis hergestellten ECs weisen eine hohe chemische Stabilität, niedrige Kosten und Umweltfreundlichkeit auf. Daher hat die Forschung zur Herstellung von ECs aus Materialien auf Kohlenstoffbasis große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. 3D-Graphen und seine Verbundwerkstoffe haben eine hohe Kapazität, und die 3-d-Durchgangsmikrostruktur kann eine hohe Kontaktfläche bereitstellen und den Elektronen- und Elektrolyttransport fördern. Daher werden 3D-Graphen und seine Verbundwerkstoffe in der Bauforschung von ECs häufig verwendet.

Das Miller-Forschungsteam bereitete eine vertikal ausgerichtete 3D-Graphenschicht unter Verwendung einer direkten Wachstumsmethode auf einem Metallstromkollektor vor. Die konstruierten EDLCs reduzieren den Elektronen- und Ionenwiderstand und ergeben eine RC-Zeitkonstante von weniger als 200 Sekunden. Zusätzlich können die EDLCs effektiv die Stromfilterung von 120 Hz erreichen. Die Shi-Gruppe verwendete ein einstufiges elektrochemisches Verfahren, um 3 Drgo-Elektroden herzustellen. Das Verfahren ähnelt dem Galvanisierungsverfahren, das schnell, einfach, kostengünstig, leicht zu steuern ist und eine Produktion im industriellen Maßstab realisieren kann. Die erhaltene Elektrode weist eine ausgezeichnete Geschwindigkeitsleistung auf. Es hat nicht nur das Potenzial, den handelsüblichen elektrolytischen Wechselstromfilterkondensator aus Aluminium als Wechselstromleitungsfilter zu ersetzen, sondern verringert auch die Größe der elektronischen Schaltung erheblich. Shi und andere hydrothermale Methoden werden verwendet, um das 3-d-Hydrogel zu reduzieren. (GH-Hs), das durch Hydrazin oder Hydrazin weiter reduziert wird, um seine Leitfähigkeit zu erhöhen. Das resultierende Material hat eine Kapazität von 220 f / g.

Obwohl die auf Graphen basierenden Filme aufgrund der geringen Dicke solcher Elektroden eine hohe spezifische Kapazität (80 - 200 f / g) aufweisen, führt die geringe Belastbarkeit dazu, dass ihre flächenspezifische Kapazität niedrig ist (3 - 50) mf / Cm2). Daher versuchten die Forscher neben der direkten Verwendung von rGO-Materialien auch die Elementdotierung. Feng und Mullen und andere 3-D-Aerogele (BN-Gas) basierend auf dotierten N- und B-Elementen zur Herstellung aller festen Superkondensatoren (Kolben). Der Superkondensator hat nicht nur eine dünne Dicke, sondern auch eine hohe Leistung, eine ausgezeichnete Energiedichte (8,65 wh / kg) und eine Leistungsdichte (1600 w / kg).

Unter den 3D-Graphen-Verbundwerkstoffen werden 3D-Graphen und aggregierte Verbundwerkstoffe genauer untersucht. MnO2 kann die Kondensatorkapazität effektiv verbessern und weist die Eigenschaften niedriger Kosten, Umweltfreundlichkeit und hoher Kapazität auf. Zusammenfassende Materialien mit herausragender Leistung nach dem Compoundieren umfassen aggregierte Nanopartikel und Nanodrähte, die durch hydrothermale oder elektrochemische Abscheidung hergestellt wurden. Zum Beispiel synthetisierte die Schildforschungsgruppe die Nanopartikel in situ durch ein hydrothermales Verfahren an 3 dgf. Die Kapazität des Verbundstoffs wurde auf 560 f / g erhöht (Stromdichte betrug 0,2 a / g). Choi et al. ferner wurden die aggregierten Nanopartikel elektrochemisch auf dem porösen 3D-Graphenpapier abgeschieden, und die Verbundkapazität war doppelt so hoch wie vor der Abscheidung. Die Superkondensatoren (wie in 6 gezeigt), die durch asymmetrisches Zusammensetzen der beiden Papiere erhalten wurden, zeigten eine ausgezeichnete Batterieleistung. Das Cheng-Forschungsteam verwendete das Aggregat Nanodraht / 3-Drgo-Komposit als Anode und Graphen als negative Elektrode. Ein asymmetrischer elektrochemischer Hochspannungskondensator (EC) wird konstruiert. Mit Na2SO4 als Elektrolyt liegt der reversible Zyklus im Bereich von 0,2,0 V und die Energiedichte beträgt 30,4 wh / kg, was viel größer ist als die symmetrische EC mit Graphen als Anode und Kathode. Nach 1000 Lade- und Entladezyklen beträgt die Kapazitätsretentionsrate der Elektrode jedoch 79%. Lu et al. sind zusammengefasst / poröses Graphengel / Nickelschaum-Komposit (Zusammenfassung / G-Gel / NF) als positive Elektrode und G- Der Gel / NF-Komplex wurde als negative Elektrode zur Herstellung eines asymmetrischen Superkondensators verwendet und zeigte eine ausgezeichnete elektrochemische Stabilität. Nach 10.000 Lade- und Entladevorgängen nahm die spezifische Kapazität nur um 1,35% ab, was erheblich besser ist als bei der Zusammenfassung oder dem Graphenverbund.

Neben der Zusammenfassung untersuchten die Forscher auch 3D-Graphen und Co3O4, CoS2, NiO2, Ni (OH) 2, Li4Ti5O12, Polyanilin, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polypyrrol (Ppy) und andere Verbundwerkstoffe. Anwendung in der Kondensatorvorbereitung. Einige Verbundwerkstoffe haben hervorragende Eigenschaften. Ein 3-d-Graphen / Co3O4-Komposit wurde von Rudong et al. Die Kapazität des Kondensators betrug bis zu 1100 f / g. Wang et al. verwendeten Graphen-Nickel / Kobalt-Säure-Komposit als Elektrodenanode und Aktivkohle als Elektrodenkathode. Ein asymmetrischer elektrochemischer Superkondensator. Dieser Kondensator weist eine ausgezeichnete Energie- und Leistungsdichte auf. Nach 10.000-maligem Laden und Entladen beträgt die Kapazitätsbeibehaltungsrate 102%. Duan et al. verwendeten ein einstufiges hydrothermales Verfahren, um ein 3-Drgo / Ni (OH) 2 -Hydrogel mit einer maximalen Kapazität von 1247 f / g (Wobbelrate von 5) herzustellen. Mv / s). Der Kapazitätswert ist doppelt so hoch wie die Kapazität des Verbundmaterials, das durch physikalisches Mischen von rGO und Ni (OH) 2 erhalten wird. Zhang et al. hergestelltes Ni3S2 @ Ni (OH) 2 / 3DGN-Komposit durch ein einstufiges hydrothermales Verfahren, und seine spezifische Kapazität ist höher als die des vorherigen. Die angegebene NiS-Hohlkugel, NiO / 3 dg. Seine flächenspezifische Kapazität ist ebenfalls höher als die angegebenen Co3O4 @ MnO2-, Summary / MWNTs- und Co3O4 / NiO-Werte. Gleichzeitig beträgt die Kapazitätsretentionsrate nach 2000 Lade- und Entladevorgängen 99,1%. Chen et al. Verwenden Sie das G-LTO-Komposit, das durch Einsetzen von Graphen mit Li4Ti5O12 (LTO) als Anode und porösem 3d-Graphen-Saccharose-Komposit hergestellt wurde. Als Kathode wurde ein Hybrid-Superkondensator auf Lithiumionen-Graphen-Basis erhalten, der in 36 Sekunden eine vollständige Entladung erreichte. Diese Leistung ist bei Hybridkondensatoren hervorragend. Die Kapazität des 3D-Graphen / Polyanilin-Hydrogels, hergestellt von Yan et al. ist das 1,5-fache eines einfachen Graphenhydrogelkondensators. Chen et al. wird mit der PMMA-Kugel gemischt. Der Verbundfilm wurde durch Saugfiltration erhalten, und dann wurde der Film kalziniert, um die Schablone zu entfernen, um einen nicht unterstützten dreidimensionalen makroporösen Film (MGF) zu erhalten. Es hat eine hohe elektrochemische Kapazität. Interessanterweise steigt der mit der CV-Methode gemessene MGF-Antwortstrom mit der Wobbelgeschwindigkeit (3 - 1000 mv / s) an, und der berechnete Kapazitätswert beträgt 67,9 bei einer Wobbelrate von 1000 mv / s. %, während der Retentionswert des Graphenfilms sehr klein ist, zeigt GCF nur dann, wenn die Wobbelgeschwindigkeit auf 50 mV / s abfällt, eine engere Wiederaufnahmekurve, und MGF zeigt eine ausgezeichnete Ratenleistung in Experimenten, 1500 Hz Die Spitzenfrequenz, während das Graphen Der Film hat nur 0,5 Hz, was darauf hinweist, dass die offene makroporöse Struktur von MGF vorteilhaft ist, um die Elektronentransportgeschwindigkeit zu erhöhen. Das Team stellte außerdem fest, dass sich die MGF-Kapazität bei hohen Stromdichten nicht wesentlich änderte und die Kapazität von GCF kaum nachweisbar war.

Materialien auf Kohlenstoffbasis aus Kohlenstoffnanoröhren und Graphen-Verbundwerkstoffen sind ebenfalls wichtige Forschungsrichtungen für Superkondensatormaterialien. Tour et al. konstruierte 3-d-Mikrosuperkondensatoren (G / MWNTs-MCs) auf Basis von Graphen / Kohlenstoff-Nanoröhren auf Nickelelektroden in situ. . Wenn Wasser als Elektrolyt verwendet wird, kann seine maximale Leistungsdichte 115 w / cm 3 erreichen. Die volumetrische Energiedichte des Materials in ionischen Flüssigkeiten (2,42 kWh / cm³) ist zwei Größenordnungen höher als die von elektrolytischen Wechselstromfilterkondensatoren aus Aluminium. Daher bieten G / MWNTs-MCs eine Möglichkeit, die zukünftige Nachfrage nach Energiespeichern in Mikrogröße zu lösen. Xu et al. präparierte Kobaltphthalocyanin (CoPc) und säurefunktionalisierte MWNTs als Vorläufer, die durch Mikrowellenerwärmung und anschließende Carbonisierung hergestellt wurden. Schwamm 3 drgo / MWNTs Komplex. Selbst wenn die Leistungsdichte 48.000 w / kg beträgt, kann die Energiedichte des Verbundwerkstoffs 7,1 wh / kg erreichen. Gleichzeitig behält der Verbundstoff in der ionischen Flüssigkeit und der Schwefelsäure nach 10.000 Ladungen und Entladungen die Kapazität 90% bzw. 98% der Anfangskapazität bei. Das hydrothermale Verfahren, das Gefriertrocknungsverfahren und das anschließende in Gegenwart eines Pyrrol-N-dotierten 3-Drgo-MWT-Verbundstoffs wurden durch Carbonisierung hergestellt. Nach 3.000 Ladezyklen betrug die Kapazitätsretentionsrate 96%, was höher war als die von reinem N-dotiertem Graphen (76%).

Materialien auf Kohlenstoffbasis, die aus Graphen und MWNTs aufgebaut sind, weisen zwar eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf, weisen jedoch auch Nachteile auf. Bei hohen Stromdichten macht das Vorhandensein von Mikroporen ihre Kapazität unbefriedigend. Um die Energiedichte von Materialien auf Kohlenstoffbasis weiter zu erhöhen, ohne die Leistungsdichte zu beeinträchtigen, dotierten die Forscher hochenergetische Elektrodenmaterialien wie Übergangsmetalloxide in 3-d-Graphen- und Kohlenstoffnanoröhren-Verbundwerkstoffen auf Kohlenstoffbasis. Leitfähige Polymere, unter denen die Zusammenfassung die bessere Leistung ist, Ni (OH) 2, Al-Ni-Doppelhydroxid, zur Herstellung von Superkondensatoren mit hoher Kapazität. Ma et al. MWNTs mit rGO gemischt und auf Graphit aufgetragen. Auf der Elektrode des Substrats wurde das oberflächenabgeschiedene amorphe Manganoxid verwendet, um die a-MnOx / G-CNT-Elektrode durch dynamische Spannungsabscheidung aufzubauen. Das Material hat einen sehr hohen Kapazitätswert (1200 f / g), der deutlich höher ist als die reine a-MnOx-Elektrode (233 f / g). Beim Schnelllade- / Entladevorgang (5 s Laden oder Entladen) weist die Elektrode eine höhere Leistungsdichte und Energiedichte auf (46,2 wh / kg und 33,2 kW / kg). Du und andere vertikal ausgerichtete Kohlenstoffnanoröhren Ni (OH) 2-VACNTs-G-Verbundstoffe wurden durch Einbetten in pyrolytischen Graphit erhalten, um einen 3-d-Verbund herzustellen, gefolgt von Beschichten des Materials mit Nickel (OH) 2. Der Verbundwerkstoff hat eine Kapazität von bis zu 1065 f / g (Stromdichte von 22,1 bis / g). Nach 20.000 Ladungen gehen nach der Entladung nur 4% der Kapazität verloren. Es hat eine ausgezeichnete elektrochemische Stabilität. Wang et al. Das 3-dni-al-geschichtete Doppelhydroxid / Kohlenstoff-Nanoröhrchen / rGO-Nanokomposit wurde durch ein Solvothermalverfahren synthetisiert, und das Komposit zeigte durch Stickstoffadsorptions- / Desorptionsexperiment eine poröse Struktur. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kapazität bis zu 1562 f / g beträgt (Stromdichte beträgt 5 ma / cm2). Und seine Zyklenstabilität und Lebensdauer sind viel höher als bei dem herkömmlichen Ni-Al-Doppelhydroxid-Schichtverbund.

Es ist erwähnenswert, dass einige 3D-Graphene und ihre Verbundstoffe nicht nur eine überlegene Leistung, sondern auch eine ausgezeichnete Flexibilität aufweisen. Das Segment versucht, flexible Festkörper-3-d-Graphenhydrogel (GH) -Superkondensatoren zu entwickeln und zeigt eine hervorragende Leistung. Kondensatorleistung. Der flexible Superkondensator hat nicht nur eine hohe spezifische Kapazität (186 f / g), eine extrem hohe flächenspezifische Kapazität (372 mf / cm2), einen extrem niedrigen Leckstrom (10,6 μa), sondern auch eine hervorragende Zyklenstabilität. Und mechanische Flexibilität. Das spezifische Herstellungsverfahren ist wie folgt: Ein festes flexibles 3 dgh wird auf eine vergoldete Polyimidsubstratfolie gedrückt und ein 3 dgh-Film (mit einer Flächenmasse von 2 mg / cm 2 mit einer Dicke von 120 & mgr; m) wird hergestellt; und weiter mit H 2 SO 4 -PVA-Lösung beschichtet und getrocknet. Der flexible Festkörper-Superkondensator. 3rdgo / summary / / rGO / Ag) asymmetrischer Superkondensator, hergestellt von Li et al., Die Kurve der Wiederaufnahmekurve beim Biegen zeigt, dass die spezifische Kapazität nur um 2,8% abnimmt, was eine ausgezeichnete mechanische Flexibilität zeigt. Liu Nachdem der De / Polymethacrylsäure-Verbundstoff hergestellt und die amorphe Charge darauf immobilisiert worden war, wurde ein De / Polymethacrylsäure // Aggregatkomplex (GOPM) erhalten. Studien haben gezeigt, dass GOPM eine spezifische Kapazität von 372 f / g (Lade- und Entladerate von 0,5 a / g) hat, was viel höher ist als die zuvor beschriebene chemische Synthese von GO-MnO2-Nanokompositen, rGO / Zusammenfassung / Aktivkohle-Nanofasern, Aktivkohle / / Zusammenfassung. Darüber hinaus weist der Verbundwerkstoff gute mechanische Eigenschaften auf. Die von der Qu-Gruppe hergestellte 3D-Graphen-Vollfaser-Kern-Mantel-Mikrofaser (GF @ 3D-G) wurde 500-mal gebogen, und die Kapazität wird immer noch bei 30-40 μf gehalten. Dazwischen zeigt es eine hervorragende Flexibilität. Die Oberflächenkapazität beträgt 1,2 - 1,7 mf / cm2, was deutlich besser ist als bei Zinkoxid-Nanodraht / Graphen-Film-Verbundwerkstoffen (0,4 mf / cm2), Graphen / AU-Nanodraht-Verbundwerkstoffen (0,7 mf / cm2 und den üblichen elektrochemischen Mikrokondensatoren) 3D-G hat die gleiche Energiedichte und Leistungsdichte wie Faserkondensatoren auf Basis von Zinkoxid-Nanodrähten.

4. Schlussfolgerungen und Perspektiven

Das auf Basis von 2D-Graphenmaterial entwickelte 3D-Graphenmaterial ist von großer Bedeutung für die Erweiterung der makroskopischen Anwendung von Graphen. Zusätzlich zu den hervorragenden Eigenschaften von 2D-Graphen weist das 3D-Graphenmaterial auch eine laminierte oder poröse Struktur auf, die einzigartige Eigenschaften bei Energiespeicherung, Katalyse, Umweltsanierung, Sensoren und Superkondensatoren aufweist und voraussichtlich flexibel ist. Verwendung von dehnbaren Materialien. Es gibt jedoch immer noch viele Herausforderungen bei der Herstellung und Anwendung aktueller 3D-Graphenmaterialien.

Bei der Herstellung von 3D-Graphenmaterialien hängen zunächst Gerüst und Leistung der 3D-Graphenstruktur stark vom Baustein und der Herstellungsmethode ab. Das ideale 3D-Graphen sollte aus einer hochleitfähigen einschichtigen Graphenstruktur bestehen. Trotz des Richtungsfluss-Montageverfahrens, des Lösungsmittel-Wasser / Thermo-Verfahrens, des Template-Grenzflächen-Montageverfahrens, der Herz-Kreislauf-Erkrankung usw. kann 3D-Graphit erfolgreich hergestellt werden. Alkenmaterial. Zusätzlich zum direkten Wachstum von Graphen durch chemische Gasphasenabscheidung werden die meisten der derzeitigen 3D-Graphenmaterialien jedoch durch mechanisches Strippen, epitaktisches Wachstum, chemisches Strippen und reduzierte funktionalisierte Derivate hergestellt. Die Entwicklung eines Graphenbildungsmoduls mit hervorragender Leistung ist entscheidend für die Verbesserung der 3D-Graphenleistung. Zweitens ist es immer noch schwierig, die Eigenschaften von Graphenschichten intakt zu halten, um die erneute Abscheidung von Graphen-Nanoblättern während der Bildung einer 3D-Struktur wirksam zu verhindern. Drittens muss die Technologie zur Steuerung der Mikrostruktur von 3D-Graphenmaterialien noch weiter verbessert werden. Gegenwärtig liegen die Poren des 3D-Graphenmaterials üblicherweise zwischen mehreren hundert Nanometern und mehreren zehn Mikrometern. Die poröse Struktur erhöht das Volumen, schwächt jedoch die mechanischen Eigenschaften des Materials. Derzeit gibt es nur wenige Forschungsergebnisse zu 3D-Graphen mit einer Porenstruktur im Nanometerbereich. Zusätzlich zur direkten Replikation der Matrizenstruktur wird die mikroskopische Porenstruktur des 3D-Graphenmaterials hauptsächlich durch zufällige Bildung oder Porenbildung während des 2D-Graphenintegrationsprozesses erzeugt, und die Porenstruktur weist eine schlechte Steuerbarkeit und Wiederholbarkeit auf daher in einem weiten Porengrößenbereich. Es ist immer noch schwierig, die Porengröße von 3D-Graphen zu steuern. In Bezug auf die Anwendung muss die potenzielle Anwendung von 3D-Graphen in hochfesten Materialien und Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit weiter ausgebaut werden. Gegenwärtig konzentrieren sich die meisten Anwendungen von 3D-Graphen noch auf den Nachweis kleiner Moleküle, die Herstellung von Biosensoren, Superkondensatoren, die Reparatur der Umwelt, die Speicherung von Wasserstoff und 3D-Graphen bei der Herstellung von hochfesten Materialien, hoher Wärmeleitfähigkeit und Flexibilität Die Anwendung von Materialien schreitet langsam voran. Gleichzeitig kann 3D-Graphen in medizinischen Bereichen wie dem sensitiven Nachweis von genetischem Material, Mikrorobotern usw. eingesetzt werden. Daher gibt es noch viele Forschungen zur Herstellung und Anwendung von 3D-Graphen. Die Anwendung wartet auf die Analyse und Auflösung durch Wissenschaftler.

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