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柏林科技大學(xué)Arne Thomas研究組(第一作者Changxia Li)--超輕共價有機(jī)骨架/石墨烯氣凝膠具有分級多孔性
        由共價有機(jī)框架(COF)制造宏觀物體具有挑戰(zhàn)性,但對于充分利用其化學(xué)功能性和孔性具有重要意義。在此,通過水熱方法合成了COF/還原氧化石墨烯(rGO)氣凝膠。COF沿著2D石墨烯片表面原位生長,以3D方式堆疊,經(jīng)冷凍干燥后,形成了具有分級多孔結(jié)構(gòu)的超輕氣凝膠,經(jīng)數(shù)次壓縮和膨脹,其結(jié)構(gòu)沒有任何破壞。所構(gòu)建的COF/rGO氣凝膠顯示出出色的吸附能力(吸收量> 200有機(jī)溶劑/克氣凝膠),可用于去除水中各種有機(jī)液體。此外,作為超級電容器裝置的活性材料,該氣凝膠在0.5 A g-1電流密度下,可提供高的電容量(269 F g-1), 循環(huán)穩(wěn)定性達(dá)5000次以上。
  
Figure 1. 合成COF/rGO氣凝膠的原理示意圖。a)制備COF/rGO氣凝膠的過程。b)TpDq-COF的空間填充模型。c)純COF和COF/rGO的PXRD圖譜,和模擬XRD圖。d) rGO,COF/rGO和COF的N2吸附-解吸等溫曲線。e)通過 NLDFT方法獲得rGO,COF/rGO和COF的孔徑分布。
  
 
Figure 2. COF/rGO氣凝膠的結(jié)構(gòu)表征。a)放置在一片葉子上的超輕COF/rGO氣凝膠光學(xué)照片。b,c)COF/rGO的SEM圖像和d)TEM圖像。e,f)COF/rGO的AFM圖像和相應(yīng)的高度情況。g)COF/rGO氣凝膠在不同最大應(yīng)變時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。h)普通輕質(zhì)材料的密度和合成溫度比較。
 
 
Figure 3. COF/rGO氣凝膠的吸附性能。從水中吸附染色的硅油a)和氯仿b)。c)吸附效率和d)循環(huán)穩(wěn)定性。基于三個獨(dú)立測量,誤差線顯示了標(biāo)準(zhǔn)偏差。二甲基亞砜,二甲基甲酰胺,二甲基乙酰胺和四氫呋喃分別縮寫為DMSO,DMF,DMA和THF。
 
  
Figure 4. 對稱超級電容器設(shè)備中COF/rGO電極的性能。a)rGO,COF/rGO和COF在50 mV s-1時的CV曲線。b)COF/rGO在不同電流密度下的恒電流充放電曲線。c)計算出的比電容和電容量。d)通過比較先前報道的COF基電容器,所制備的 COF/rGO顯示出高的電容器性能。e)循環(huán)穩(wěn)定性評估。f)rGO和COF/rGO電容器的阻抗譜。
 
     相關(guān)研究成果于2020年由柏林科技大學(xué)Arne Thomas研究組(第一作者Changxia Li),發(fā)表在Nat. Commun.期刊上。原文:Ultralight covalent organic framework/graphene aerogels with hierarchical porosity。

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