CarbonEnergy：清华大学张芳团队：石墨烯基柔性薄膜的高效制备助力地下水净化

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石墨烯基柔性自支撑薄膜具有重量轻、结构稳定、机械韧性高、耐高强度弯曲折叠、导电高等优势，可以很好解决涂布时电极活性物质易粉化剥离、弯折过程中短路以及材料保存问题。由于石墨烯材料表面官能团较少，分散液中溶解度较低，不易直接制备成柔性薄膜，因此常利用氧化石墨烯（GO）前驱体后还原方式制备，其中真空抽滤法由于设备廉价、操作简单、定量方便等特点被研究者广泛使用。但该方法存在部分局限：1. 水系抽滤法耗时较长，分散溶剂挥发较慢，无法达到快速制备的目的；2. 制备的薄膜尺寸较小，难以实现规模化生产。

为了克服传统水系真空抽滤法的缺陷，清华大学张芳团队设计了以乙醇（EtOH）作为GO分散剂的抽滤方法制备一系列柔性GO自支撑薄膜，并通过热还原手段制备了掺N还原石墨烯（NDG）薄膜，对制备的自支撑薄膜微观结构、形成机理、电化学性能等进行了系统地研究。
GO-EtOH法具有以下优势：1. 抽滤速率较传统水系方式提升近200倍，制备面积12.5 cm2的GO薄膜仅需2 min。2. 实现了700 cm2大尺寸薄膜的快速高效制备。3. 利用辅助的有机染料制备了多种彩色GO薄膜，丰富了柔性GO薄膜体系。
以高柔性的GO薄膜作为前驱体，利用热还原法制备的柔性NDG自支撑薄膜具有活性电极以及集流体两种作用，以吡咯氮和吡啶氮构型为主，碱性条件下，NDG薄膜比电容量为480.0 F g⁻1。构建的H2O/KOH柔性超级电容器，0.5 A g⁻1电流密度条件，比电容量可达312.5 F g⁻1。构建的对称电容去离子单元，对硫酸盐和铬酸盐具有较好的脱盐性能，在地下水净化中具有潜在应用价值。





该论文以“Preparation and characterization of colorful graphene oxide papers andflexible N-doping graphene papers for supercapacitor and capacitive deionization”问题，发表在Carbon Energy，DOI: 10.1002/cey2.59

论文通讯作者简介

张芳副教授


 

张芳老师于2008年获得清华大学双学士学位（环境工程与经济学专业），2010和2012年在美国宾夕法尼亚州立大学分别获得硕士学位和博士学位，师从B.E. Logan教授，之后2012~2014年继续在Logan课题组从事博士后研究。张芳老师于2015年任清华大学大学环境学院助理教授，2017年晋升为副教授。张芳副教授的研究领域主要为地下水电化学修复，高催化活性电极材料研发以及微生物电化学技术，研究成果在国际著名期刊如：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等发表论文60余篇。


原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cey2.59


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