石墨烯氣凝膠材料的合成與應用研究現狀

蔡之望，劉峙嶸

(東華理工大學 化學生物與材料科學學院 江西省聚合物微納制造與器件重點實驗室， 江西 南昌 330013)

石墨烯氣凝膠材料的合成與應用研究現狀

蔡之望，劉峙嶸

(東華理工大學 化學生物與材料科學學院 江西省聚合物微納制造與器件重點實驗室， 江西 南昌 330013)

石墨烯以其高比表面積、良好的導電性和熱穩定性等優點被廣泛應用于電化學、催化、吸附等領域，同時也延伸出許多相關材料，石墨烯氣凝膠就是其中之一。綜合介紹了4種石墨烯氣凝膠的合成方法，闡述了相關方面的應用研究進展。

氧化石墨烯；石墨烯氣凝膠；合成方法；應用

石墨烯自2004年被英國曼切斯特大學物理學家Anderw Geim和Konstantin Novoselov通過機械剝離方法獲得[1]以來，以其優良的電學[2]、熱學[3]和機械性能[4]逐漸被人們所熟知并加以改性后應用于各類相關研究中。石墨烯氣凝膠材料兼顧氣凝膠的高比表面積、大孔隙[5]、低密度[6]等特點及石墨良好的理化性質。與普通石墨烯氣凝膠不同，通過在石墨烯表層負載金屬離子或引入其他化學基團，可制備出比表面積[7]和孔隙率更高，且具有抗壓性[8]、導電性[9]、吸附性、催化性[10-11]和電磁屏蔽[12]等特殊性能的氣凝膠材料，在保證兼顧石墨烯獨特性能的同時，拓展出滿足各領域需求的新型石墨烯氣凝膠。

1 石墨烯氣凝膠及其功能化材料的制備

1.1 化學交聯法

氧化石墨烯(GO)具有較為良好的凝膠化特性[13-14]，因此有人提出，在用氧化石墨烯制備石墨烯氣凝膠(GA)過程中，引入其他組分于石墨烯片層之間，使形成化學交聯來調整石墨烯氣凝膠的空間結構與性質[15-16]。M.B.Lim等[17]研究了以間苯二酚、甲醛和石墨烯氧化物為材料、HCl為催化劑、乙腈為溶劑快速縮聚石墨烯氣凝膠(如圖1所示)。將多層GO懸浮在特定濃度乙腈中，超聲處理30 min后加入苯二酚、甲醛、鹽酸，混合后進一步超聲處理形成固體凝膠。此時浴溫升至35 ℃，保持超聲處理1 h。為提高凝膠的機械強度，取出凝膠，將其用乙醇洗滌除去凝膠網孔中的乙腈，并在高壓釜超臨界CO2中干燥，防止固體基質塌陷并保持多孔結構的完整性，然后將干燥凝膠在流動的氬氣(0.4 L/min)中熱解。這種方法將凝膠化時間從多小時甚至幾天(用傳統的堿催化路線)降至2～4 h，為大規模生產石墨烯氣凝膠提供了可能性；同時，保持了普通RF衍生的碳氣凝膠的高表面積和孔隙率，使其成為制備超級電容器、太陽能電池、催化劑載體和油吸附等相關材料的有利候選原料。Li R.等[18]以聚甘油油酸酯和聚氧乙烯蓖麻油為交聯劑，用肼來還原氧化石墨烯，得到具有微膠囊狀結構的氣凝膠材料。該材料具有3 250 S/m的高導電率和1 253 m2/g的大比表面積。用其改性的玻璃碳電極對乙酰氨基苯酚的電化學檢測顯示其具有超高的靈敏度。差示脈沖伏安峰值電流在0.01～80 μmol/L范圍內對乙酰氨基苯酚的測定靈敏度線性遞增。Ma L.等[19]通過添加鎳離子或鈷離子制備短簇狀氧化石墨烯納米復合材料，調節Ni2+和Co2+含量可以改變材料的比電容。試驗結果表明：與摻雜Co2+的氣凝膠材料相比，僅摻雜Ni2+的納米復合材料具有743 F/g的最高比電容；同時，比電容較為穩定，在2 000次循環中僅降低15.6%。Z.Noralian等[20]用聚乙烯基膦酸和LBL涂層為交聯劑，在棉花上組裝所制備的納米復合材料改善棉花的熱穩定性和疏水性。結果表明，石墨烯和聚乙烯基膦酸不僅可以保護棉花免受太陽紫外線侵害，而且還具有極好的近紅外反射率、導電性和電磁屏蔽性。

圖1 石墨烯氣凝膠的化學交聯法合成路徑

1.2 誘導組裝法

誘導組裝是一種重要的石墨烯氣凝膠制備方法。氧化石墨烯是一種膠體分散體系，熱力學上屬于不穩定狀態，在外界誘導作用下，體系平衡會被打破[21]，達到新的平衡時可實現石墨烯凝膠結構的調整。He Y.等[22]通過γ射線照射，將懸浮在混合物中的GO片通過π—π共軛結構恢復,并還原,用自組裝方法成功制備出具有蜂窩狀多孔結構和高碳氧比的三維石墨烯氣凝膠。在磁力攪拌條件下，向5 mL的GO溶液(4 mg/mL)中加入5 mL異丙醇自由基清除劑制備均相混合物，獲得質量濃度約為2 mg/mL的混合物；之后，向混合物中鼓入氮氣10 min，使混合物脫氧；將脫氧后的混合物密封在玻璃瓶中，室溫下用60Coγ射線源進行照射；照射后的產物用超純水洗滌去除異丙醇，最后將產物冷凍干燥，得到石墨烯氣凝膠。Shi Y.等[23]采用此方法以不同劑量γ射線照射，以此提高氣凝膠材料的強度和耐磨性。結果表明：照射可以原位降低分散在基體中的GO片，并且在γ射線照射之后形成共價鍵，使該復合材料具有更高強度和良好的熱穩定性。與照射前相比，照射劑量為150 kGy時，所得材料抗壓強度提高了270%，耐磨性得到顯著提高。Luo K.等[24]研究了在異丙醇存在條件下,以γ射線照射原位還原GO和Ag+，使Ag+均勻附著在蜂窩狀多孔結構石墨烯納米片上。Ag+的引入加快了合成速度，所得材料直徑為30～70 nm。Wang H.[25]利用此方法合成的三維石墨烯/聚丙烯酰胺烯凝膠材料，在自由基清除劑和2種導電網絡結構幫助下，電導率為3 344.5 S/m，比普通三維石墨烯/聚丙烯酰胺結構材料的電導率高出20倍，同時，電磁干擾屏蔽效能平均值從9.8 dB提高到24.6 dB。

1.3 模板法

Chi C.等[26]以聚苯乙烯粒子(PS)為模板劑，通過一個類似于“捕魚”的過程(如圖2所示)，合成具有可調多孔結構的三維層狀多孔石墨烯氣凝膠(HGA)。先采用無乳化劑乳液聚合法制備不同尺寸的PS納米顆粒，之后將不同尺寸的PS納米顆粒進一步磺化處理，將2 mg/mL的GO水溶液分散體與質量分數為1.44%的PS顆粒溶液進行混合，并加入30 mg抗壞血酸作還原劑，超聲處理15 min制備分散體，分散體在80 ℃下加熱1.5 h制備聚苯乙烯石墨烯水凝膠，然后將其浸入四氫呋喃(THF)中除去PS顆粒，得到層狀多孔石墨烯水凝膠(HGH)，再經透析冷凍干燥獲得石墨烯氣凝膠。還原過程中，GO表面含氧官能團的去除使HGA的熱穩定性遠遠高于GO的熱穩定性，HGA起始質量損失溫度約為350 ℃，比GO的高250 ℃。該氣凝膠的孔隙度和孔徑分布可以通過改變PS顆粒尺寸來控制。D.D.Nguyen等[27]采用此類方法，以三聚氰胺為骨架，合成的石墨烯氣凝膠具有高達自身165倍的良好吸油性能。Dai J.等[28]以聚乙烯醇(PVA)為模板合成的石墨烯氣凝膠對染料表現出較高的吸收選擇性，特別是對具有正電荷的染料，吸附效率達96%以上。同時，PVA支撐的GO氣凝膠亦表現出優異的油水分離能力，可以在5 s內完全吸附漂浮在水中的蘇丹紅/環己烷。Mao X.等[29]用此方法合成的聚(3,4-亞乙基二氧噻吩)/還原型氧化石墨烯(PEDOT/rGO)納米復合材料具有高達43.75 mF/cm2的高電容，在0.2 mA/cm2的電流密度下比PEDOT薄膜的電容高出近3倍。PEDOT/rGO納米復合材料具有優異的循環穩定性，可在1 000次充放電循環后保持初始電容的83.6%。此外，該納米復合材料可作為電極材料沉積在不同基底上，有望用于制備高性能儲能材料。

圖2 石墨烯氣凝膠的模板法合成路徑

1.4 原位組裝法

氧化石墨烯片層上含有大量含氧官能團，邊緣的羧基使其在溶液中帶負電，在溶液中能穩定、均勻分散[30]。還原過程中，官能團的脫除減小了片層之間的靜電斥力;若起始氧化石墨烯濃度達到某一臨界值，則這些片層在該過程中相互搭接可形成穩定的三維整體結構。D.A.Reddy等[31]用原位組裝法(如圖3所示)通過維生素C制備具有三維多孔超分子混合納米結構的ZnS-石墨烯氣凝膠(ZnS-GAs)。維生素C的加入可使氧化石墨烯上的羥基和羧基官能團通過超分子間的相互作用形成互相連接且隨機取向的石墨烯片，促使GO片組裝并形成水凝膠。同時，D.A.Reddy等[32]用此法還制備出新的還原型石墨烯氧化物包裹的AgI納米復合材料，并通過可見光照射下有機染料羅丹明B(RhB)的降解來測試復合材料的光催化活性。結果表明，AgI和石墨烯之間的化學鍵延長了電子-空穴對的壽命，使該納米復合材料70 min內催化降解效率高達96%。J.Choi等[33]用類似方法制備的氧化鈰石墨烯氣凝膠(CeO2-RGA)在降解RhB時催化降解效率亦達88%。Zhang Z.等[34]利用該方法合成負載Cu2O的三維殼聚糖石墨烯納米氧化物(Cu2O/3D-rGO/NCS)，在模擬陽光照射下，RhB的光降解效率分別比原始Cu2O和Cu2O/3D-rGO材料提高約68.2%和46.8%。

圖3 石墨烯氣凝膠的原位組裝法合成

2 石墨烯氣凝膠相關材料的應用

2.1 制備導電材料

H.Mahdavi等[35]以水熱法合成氨基化石墨烯氣凝膠(FGA)，并將聚苯胺納米纖維(PANi)通過簡便途徑嫁接在該氣凝膠表面。合成過程中，采用苯二胺作間隔物提供多孔結構，生成的氨基官能團作聚苯胺的錨定位點，通過移植法制備具有有效電子透射率的三維導電網絡結構。具有高比率的聚苯胺納米復合材料在1 A/g放電電流密度下具有560 F/g比電容，而具有1∶1的FGA-PANi樣品顯示出較高的循環壽命和較好的阻抗。與大多數聚苯胺石墨烯復合材料相比，優化的納米復合材料顯示出較強的超電容性能。

Cai Z.X.等[36]通過摻入多巴胺來構建3D氮(N)摻雜石墨烯氣凝膠。在抗干擾試驗中，加入抗壞血酸、多巴胺、尿酸和葡萄糖，研究電流變化。結果表明：該材料具有高選擇性和可靠的抗干擾性；3D-NGA電極在空氣中暴露2周后，靈敏度仍可保持初始靈敏度的95%以上，穩定性很好；同時，3D結構提供了大比表面積，使電解質容易擴散到電極區域，從而使H2O2還原具有高電催化活性。

2.2 制備吸附材料

D.N.H.Tran等[37]利用2種類型氧化鐵納米顆粒(α-FeOOH和Fe3O4)修飾的3D石墨烯氣凝膠具有吸附水中磷酸鹽的功能，在酸性條件下可以吸附磷酸鹽。3D石墨烯氣凝膠吸附磷酸鹽的過程遵循Freundlich等溫線，當水中磷酸鹽質量濃度為200 mg/L時，吸附容量最大，約為300～350 mg/g。與活性炭等其他材料相比，該材料吸附性能更為優異。

Dai J.等[28]通過還原亞鐵離子制備石墨烯并制備三維(3D)石墨烯氧化鐵(α-FeOOH)氣凝膠。該氣凝膠對As(Ⅴ)的最大吸附量為81.3 mg/g，對As(Ⅲ)的最大吸附量為13.4 mg/g。用于自來水吸附處理試驗中，0.1 g/L該材料可以在5 min內將砷質量濃度從150 μg/L降至10 μg/L。盡管天然水樣品具有化學復雜性，但GN-α-FeOOH氣凝膠仍表現出對砷的良好吸附選擇性；同時，去除As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的最佳pH就位于天然水典型pH附近，這樣可以無須對水源進行預處理就能達到有效去除砷的目的。

Chen L.等[38]通過原位組裝法向石墨烯氣凝膠上負載聚苯胺和Fe顆粒成功制備出零價鐵-聚苯胺-石墨烯氣凝膠(Fe-PANI-GA)三元納米復合材料。試驗結果表明：隨溶液pH升高，Fe-PANI-GA對U(Ⅵ)的吸附能力先升高后下降；溶液pH=5.5時，Fe-PANI-GA對U(Ⅵ)的最大吸附容量達350.47 mg/g。

Chen M.等[39]采用乙二胺一步還原自組裝法制備具有超疏水性和高有機溶液吸收能力的石墨烯氣凝膠，通過吸附磷酸三丁酯/正十二烷溶液制備加載有機溶液的石墨烯氣凝膠(GA-LOS)，并用GA-LOS從硝酸介質中萃取U(Ⅵ)。與常規溶劑萃取法相比：GA-LOS可省去有機相與水相的分離步驟且易實現固液分離；此外，具有較高的萃取能力(負載TBP的石墨烯氣凝膠對U(Ⅵ)的飽和萃取容量可達316.3 mg/g)，可減少有機稀釋劑用量，減少有機廢物產生量。穩定性測試和循環利用試驗結果表明，該材料的再生能力較強，是一種理想的從水溶液中分離金屬的萃取劑。當剝離溶液相比較高時，提取的U(Ⅵ)幾乎可以絕對剝離。這種情況下，5個循環的提取與剝離效率沒有發生顯著變化，表明GA-LOS具有較高的循環使用能力。

2.3 吸油材料

Hong J.Y.等[40]通過自組裝法對石墨烯氧化物氣凝膠進行表面改性，制備出具有高孔隙率和疏水性的功能化石墨烯氣凝膠。氟化官能團通過一步溶液浸漬法被引入到三維大孔石墨烯氣凝膠表面，與剩余的GO片段的氧基官能團結合，使GO氣凝膠表面具有疏水性，可用于選擇性除油。GO氣凝膠的大表面積和氟化官能團的強疏水性對從水中除去油和有機溶劑具有協同作用。該材料表現出優異的物理特性，包括低密度(體積密度14.4 mg/cm3)、高孔隙率(大于87%)、強機械穩定性(至少承載自身質量2 600倍)和疏水性(接觸角144°)，不僅對各種油和有機溶劑有優異的吸收性能(吸收容量高達自身質量的11 200%)，而且顯示出優異的再生能力(經過10次循環，吸收能力無明顯變化)。

Ren R.P.等[41]利用間苯二酚-甲醛(RF)以溶膠凝膠法制備具有超疏水性、高吸附能力和良好回收性的石墨烯氣凝膠，其具有自身質量19～26倍的高吸附能力，具有良好的熱穩定性，燃燒后可用于回收石墨烯氣凝膠。更重要的是對油的吸附能力在-40～240 ℃范圍內都不發生明顯變化。

Li J.等[42]利用三亞乙基四胺對氧化石墨烯進行氨基官能化，然后將三異氰酸酯負載其上，通過這種水熱條件下的石墨烯自組裝法制得三異氰酸酯增強石墨烯氣凝膠(RGA)。該材料具有低堆積密度(0.08 g/cm3)和高壓縮破壞強度(0.24 MPa)，通過p-p堆疊相互作用增大了對芳族分子的吸附能力，對原油的吸附能力達169 mg/g。

2.4 降解與屏蔽材料

D.A.Reddy等[31]用誘導法制備出ZnS-Gas，所制備材料具有良好的結晶度。用ZnS對石墨烯納米結構進行裝飾，ZnS在正常光下照射60 min后，對亞甲基藍降解率僅為19.38%，而ZnS-GA照射60 min后可將其完全降解。之所以有如此高的降解率，是因為ZnS納米顆粒中的光生電子可以通過RGO片實現快速傳播，并最終與溶液中的溶解氧生成超氧根離子；同時，ZnS的VB中的光生孔極易被溶液中存在的羥基離子捕獲，產生極強的氧化劑自由基。所有的光生活性物質都可以與吸附的MB染料反應，從而使其降解。該復合材料具有強穩定性的高活性光催化劑，可以在環保中循環利用。

Wan Y.J.等[43]采用冷凍干燥碳化法制備超輕纖維素纖維/熱還原石墨烯氧化物(CF/RGO)混合氣凝膠。該材料具有超彈性和優異的電磁干擾(EMI)屏蔽能力。5 mm厚的CF/RGO氣凝膠經1 000 ℃的5%氫-氬混合氣相退火處理后具有約47.8 dB的高EMI屏蔽效能。當CF/RGO氣凝膠密度低于2.83 mg/cm3時，該材料的特異性屏蔽有效性高達33 780 dB cm2/g，獲得的整體碳材料的體積與形狀可在熱處理后保持很好；體積變化為80%情況下仍具有優異的循環穩定性。此外，通過簡單的機械壓縮實現可調節的EMI屏蔽能力，使該材料在航空和可穿戴電子設備方面具有潛在的應用可能。

3 結束語

石墨烯氣凝膠在電子器件生產、反應催化、污水處理、吸附材料制備等諸多領域具有良好的應用與發展前景，但目前的研究大部分仍停留在實驗室階段。氣凝膠材料的量產、制備產物體積偏小及材料改性成本較大等問題都有待解決。作為吸附材料，相比于同類型樹脂而言，石墨烯氣凝膠的吸附容量、吸附選擇性與可回收利用性仍有待提高。隨著材料學的不斷發展，各種新材料的研發技術也會得到發展，石墨烯氣凝膠在有關領域的應用研究也會更加深入。

[1] NOVOSELOV K S A,GEIM A K,MOROZOV S V,et al.Two-dimensional gas of massless dirac fermions in graphene[J].Nature,2005,438(7065):197-200.

[2] WANG F,WANG Y,ZHAN W,et al.Facile synthesis of ultra-light graphene aerogels with super absorption capability for organic solvents and strain-sensitive electrical conductivity[J].Chemical Engineering Journal,2017,320:539-548.

[3] LI Y,ZHANG R,TIAN X,et al.Facile synthesis of Fe3O4,nanoparticles decorated on 3D graphene aerogels as broad-spectrum sorbents for water treatment[J].Applied Surface Science,2016,369:11-18.

[4] YANG M Q,ZHANG N,WANG Y,et al.Metal-free,robust,and regenerable 3D graphene organics aerogel with high and stable photosensitization efficiency[J].Journal of Catalysis,2017,346(4):21-29.

[5] LI F,XIE L,SUN G,et al.Regulating pore structure of carbon aerogels by graphene oxide as shape-directing' agent[J].Microporous & Mesoporous Materials,2017,240:145-148.

[6] ZANG P,GAO S,DANG L,et al.Green synthesis of holey graphene sheets and their assembly into aerogel with improved ion transport property[J].Electrochimica Acta,2016,212:171-178.

[7] LIU X,YU Y,NIU Y,et al.Cobalt nanoparticle decorated graphene aerogel for efficient oxygen reduction reaction electrocatalysis[J].International Journal of Hydrogen Energy,2017,42(9):5930-5937.

[8] YU M,LI J,WANG L.KOH-activated carbon aerogels derived from sodium carboxymethyl cellulose for high-performance supercapacitors and dye adsorption[J].Chemical Engineering Journal,2017,310:300-306.

[9] WAN C,LI J.Graphene oxide/cellulose aerogels nanocomposite:preparation,pyrolysis,and application for electromagnetic interference shielding[J].Carbohydrate Polymers,2016,150:172-179.

[10] XIANG Y,LIU L,LI T,et al.Compressible,amphiphilic graphene-based aerogel using a molecular glue to link graphene sheets and coated-polymer layers[J].Materials & Design,2016,110:839-848.

[11] FAN Y,MA W,HAN D,et al.Convenient recycling of 3D AgX/graphene aerogels(X=Br,Cl) for efficient photocatalytic degradation of water pollutants[J].Advanced Materials,2015,27(25):3767-3773.

[12] LI R,YANG T,LI Z,et al.Synthesis of palladium@gold nanoalloys/nitrogen and sulphur-functionalized multiple graphene aerogel for electrochemical detection of dopamine[J].Analytica Chimica Acta,2017,954:43-51.

[13] SHINKAI T,SUGIYAMA K,ITO K,et al.Nanoporous fabrication of block copolymers via carbon dioxide swelling:difference between CO2-swollen and nanoporous block copolymers[J].Polymer,2016,100:19-27.

[14] KOSTOGLOU N,CONSTANTINIDES G,CHARALAMBOPOULOU G,et al.Nanoporous spongy graphene:potential applications for hydrogen adsorption and selective gas separation[J].Thin Solid Films,2015,596:242-249.

[15] HOU Z,JIN Y,XIN X,et al.Hierarchically porous nitrogen-doped graphene aerogels as efficient metal-free oxygen reduction catalysts[J].Journal of Colloid & Interface Science,2017,488(8):317-321.

[16] 胡涵.石墨烯氣凝膠的控制制備、改性及性能研究[D].大連：大連理工大學,2014.

[17] LIM M B,HU M,MANANDHAR S,et al.Ultrafast sol-gel synthesis of graphene aerogel materials[J].Carbon,2015,95:616-624.

[18] LI R,LIU L,LI Z,et al.Graphene micro-aerogel based voltammetric sensing ofp-acetamidophenol[J].Microchimica Acta,2017,184(5):1417-1426

[19] MA L,SU L,ZHANG J,et al.A controllable morphology GO/PANI/metal hydroxide composite for supercapacitor[J].Journal of Electroanalytical Chemistry,2016,777:75-84.

[20] NORALIAN Z,GASHTI M P,EBRAHIMI I.Fabrication of a multifunctional graphene/polyvinylphosphonic acid/cotton nanocomposite via facile spray layer-by-layer assembly[J].Rsc Advances,2016,6(28):23288-23299.

[21] KOSTOGLOU N,TZITZIOS V,KONTOS A G,et al.Synthesis of nanoporous graphene oxide adsorbents by freeze-drying or microwave radiation:characterization and hydrogen storage properties[J].International Journal of Hydrogen Energy,2015,40(21):6844-6852.

[22] HE Y,LI J,LI L,et al.Gamma-ray irradiation-induced reduction and self-assembly of graphene oxide into three-dimensional graphene aerogel[J].Materials Letters,2016,177:76-79.

[23] SHI Y,XIONG D,LI J,et al.In situ reduction of graphene oxide nanosheets in poly(vinyl alcohol) hydrogel by γ-ray irradiation and its influence on mechanical and tribological properties[J].Journal of Physical Chemistry:C,2016,120(34):19442-19453.

[24] LUO K,LI J,LI L,et al.A facile method for preparing 3D graphene/Ag aerogel via gamma-ray irradiation[J].Fullerenes Nanotubes & Carbon Nanostructures,2016,24(11):720-724.

[25] WANG H,TENG K,CHEN C,et al.Conductivity and electromagnetic interference shielding of graphene-based architectures using MWCNTs as free radical scavenger in gamma-irradiation[J].Materials Letters,2016,186:78-81.

[26] CHI C,XU H,ZHANG K,et al.3D hierarchical porous graphene aerogels for highly improved adsorption and recycled capacity[J].Materials Science & Engineering:B,2015,194:62-67.

[27] NGUYEN D D,TAI N H,LEE S B,et al.Superhydrophobic and superoleophilic properties of graphene-based sponges fabricated using a facile dip coating method[J].Energy & Environmental Science,2012,5(7):7908-7912.

[28] DAI J,HUANG T,TIAN S Q,et al.High structure stability and outstanding adsorption performance of graphene oxide aerogel supported by polyvinyl alcohol for waste water treatment[J].Materials & Design,2016,107:187-197.

[29] MAO X,YANG W,HE X,et al.The preparation and characteristic of poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/reduced graphene oxide nanocomposite and its application for supercapacitor electrode[J].Materials Science & Engineering:B,2017,216:16-22.

[30] 陳靜.石墨烯氣凝膠及薄膜的制備與性能研究[D].北京：北京化工大學,2015.

[31] REDDY D A,CHOI J,LEE S,et al.Self-assembled macro porous ZnS-graphene aerogels for photocatalytic degradation of contaminants in water[J].Rsc Advances,2015,5(24):18342-18351.

[32] REDDY D A,CHOI J,LEE S,et al.Green synthesis of AgI nanoparticle functionalized reduced graphene oxide aerogels with enhanced catalytic performance and facile recycling[J].Rsc Advances,2015,5(83):67394-67404.

[33] CHOI J,REDDY D A,ISLAM M J,et al.Self-assembly of CeO2,nanostructures/reduced graphene oxide composite aerogels for efficient photocatalytic degradation of organic pollutants in water[J].Journal of Alloys & Compounds,2016,688:527-536.

[34] ZHANG Z,ZHAI S,WANG M,et al.Photocatalytic degradation of rhodamine B by using a nanocomposite of cuprous oxide,three-dimensional reduced graphene oxide,and nanochitosan prepared via one-pot synthesis[J].Journal of Alloys & Compounds,2015,659:101-111.

[35] MAHDAVI H,KAHRIZ P K,GHOLIPOUR-RANJBAR H,et al.Synthesis and performance study of amino functionalized graphene aerogel grafted with polyaniline nanofibers as an efficient supercapacitor material[J].Journal of Materials Science Materials in Electronics,2017,28(5):4295-4305.

[36] CAI Z X,SONG X H,CHEN Y Y,et al.3D nitrogen-doped graphene aerogel:a low-cost,facile prepared direct electrode for H2O2sensing[J].Sensors & Actuators B:Chemical,2016,222:567-573.

[37] TRAN D N H,KABIRI S,WANG L,et al.Engineered graphene nanoparticle aerogel composites for efficient removal of phosphate from water[J].Journal of Materials Chemistry:A,2015,3(13):6844-6852.

[38] CHEN L,FENG S,ZHAO D,et al.Efficient sorption and reduction of U(Ⅵ) on zero-valent iron-polyaniline-graphene aerogel ternary composite[J].Journal of Colloid & Interface Science,2017,490:197-206.

[39] CHEN M,ZHENG L,LI J,et al.The extraction of uranium using graphene aerogel loading organic solution[J].Talanta,2017,166:284-291.

[40] HONG J Y,SOHN E H,PARK S,et al.Highly-efficient and recyclable oil absorbing performance of functionalized graphene aerogel[J].Chemical Engineering Journal,2015,269:229-235.

[41] REN R P,LI W,LYUY K.A robust,superhydrophobic graphene aerogel as a recyclable sorbent for oils and organic solvents at various temperatures[J].Journal of Colloid & Interface Science,2017,500:63-68.

[42] LI J,WANG F,LIU C Y.Tri-isocyanate reinforced graphene aerogel and its use for crude oil adsorption[J].Journal of Colloid & Interface Science,2012,382(1):13-16.

[43] WAN Y J,ZHU P L,YU S H,et al.Ultralight,super-elastic and volume-preserving cellulose fiber/graphene aerogel for high-performance electromagnetic interference shielding[J].Carbon,2017,115:629-639.

CurrentStatusofSynthesisandApplicationofGrapheneAerogels

CAI Zhiwang，LIU Zhirong

(JiangxiProvinceKeyLaboratoryofPolymerMicro/NanoManufacturingandDevices,CollegeofChemical,BiologicalandMaterialScience,EastChinaUniversityofTechnology,Nanchang330013,China)

Graphene is widely used in the fields of electrochemistry,catalysis,adsorption and so on with its high specific surface area,good conductivity and thermal stability.It is also prepared a lot of related materials and graphene aerogel is one of them.The synthesis methods of graphene aerogels are introduced,and the application researches in related aspects are expounded.

graphene oxide;graphene aerogel;synthesis;application

O613.71;TB34

A

1009-2617(2017)06-0440-06

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.06.001

2017-04-20

國家自然科學基金資助項目(11375043)；江西省科技支撐計劃項目(20151BBG70011)；省部共建核資源與環境國家重點實驗室培育基地自主基金資助項目(Z1504)。

蔡之望(1994-)，男，江西新余人，碩士研究生，主要研究方向為放射性元素的分離與富集。

劉峙嶸(1969-)，男，江西吉安人，博士，教授，主要研究方向為放射性元素的分離與富集。E-mail:zhrliu@ecit.cn。