蔡之望，劉峙嶸

(東華理工大學(xué) 化學(xué)生物與材料科學(xué)學(xué)院 江西省聚合物微納制造與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江西 南昌 330013)

石墨烯氣凝膠材料的合成與應(yīng)用研究現(xiàn)狀

蔡之望，劉峙嶸

(東華理工大學(xué) 化學(xué)生物與材料科學(xué)學(xué)院 江西省聚合物微納制造與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江西 南昌 330013)

石墨烯以其高比表面積、良好的導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)、催化、吸附等領(lǐng)域，同時也延伸出許多相關(guān)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(guān)方面的應(yīng)用研究進(jìn)展。

氧化石墨烯；石墨烯氣凝膠；合成方法；應(yīng)用

石墨烯自2004年被英國曼切斯特大學(xué)物理學(xué)家Anderw Geim和Konstantin Novoselov通過機(jī)械剝離方法獲得[1]以來，以其優(yōu)良的電學(xué)[2]、熱學(xué)[3]和機(jī)械性能[4]逐漸被人們所熟知并加以改性后應(yīng)用于各類相關(guān)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(diǎn)及石墨良好的理化性質(zhì)。與普通石墨烯氣凝膠不同，通過在石墨烯表層負(fù)載金屬離子或引入其他化學(xué)基團(tuán)，可制備出比表面積[7]和孔隙率更高，且具有抗壓性[8]、導(dǎo)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(dú)特性能的同時，拓展出滿足各領(lǐng)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(xué)交聯(lián)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(xué)交聯(lián)來調(diào)整石墨烯氣凝膠的空間結(jié)構(gòu)與性質(zhì)[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(jìn)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(jī)械強(qiáng)度，取出凝膠，將其用乙醇洗滌除去凝膠網(wǎng)孔中的乙腈，并在高壓釜超臨界CO2中干燥，防止固體基質(zhì)塌陷并保持多孔結(jié)構(gòu)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(tǒng)的堿催化路線)降至2～4 h，為大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯氣凝膠提供了可能性；同時，保持了普通RF衍生的碳?xì)饽z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(guān)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(lián)劑，用肼來還原氧化石墨烯，得到具有微膠囊狀結(jié)構(gòu)的氣凝膠材料。該材料具有3 250 S/m的高導(dǎo)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(xué)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(nèi)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(fù)合材料，調(diào)節(jié)Ni2+和Co2+含量可以改變材料的比電容。試驗(yàn)結(jié)果表明：與摻雜Co2+的氣凝膠材料相比，僅摻雜Ni2+的納米復(fù)合材料具有743 F/g的最高比電容；同時，比電容較為穩(wěn)定，在2 000次循環(huán)中僅降低15.6%。Z.Noralian等[20]用聚乙烯基膦酸和LBL涂層為交聯(lián)劑，在棉花上組裝所制備的納米復(fù)合材料改善棉花的熱穩(wěn)定性和疏水性。結(jié)果表明，石墨烯和聚乙烯基膦酸不僅可以保護(hù)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(dǎo)電性和電磁屏蔽性。

圖1 石墨烯氣凝膠的化學(xué)交聯(lián)法合成路徑

1.2 誘導(dǎo)組裝法

誘導(dǎo)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(xué)上屬于不穩(wěn)定狀態(tài)，在外界誘導(dǎo)作用下，體系平衡會被打破[21]，達(dá)到新的平衡時可實(shí)現(xiàn)石墨烯凝膠結(jié)構(gòu)的調(diào)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(jié)構(gòu)恢復(fù),并還原,用自組裝方法成功制備出具有蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)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(zhì)量濃度約為2 mg/mL的混合物；之后，向混合物中鼓入氮?dú)?0 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(jìn)行照射；照射后的產(chǎn)物用超純水洗滌去除異丙醇，最后將產(chǎn)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(qiáng)度和耐磨性。結(jié)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(fù)合材料具有更高強(qiáng)度和良好的熱穩(wěn)定性。與照射前相比，照射劑量為150 kGy時，所得材料抗壓強(qiáng)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(jié)構(gòu)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(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)幫助下，電導(dǎo)率為3 344.5 S/m，比普通三維石墨烯/聚丙烯酰胺結(jié)構(gòu)材料的電導(dǎo)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(diào)多孔結(jié)構(gòu)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(jìn)一步磺化處理，將2 mg/mL的GO水溶液分散體與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.44%的PS顆粒溶液進(jìn)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(jīng)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(tuán)的去除使HGA的熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于GO的熱穩(wěn)定性，HGA起始質(zhì)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(dá)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(xiàn)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(dá)96%以上。同時，PVA支撐的GO氣凝膠亦表現(xiàn)出優(yōu)異的油水分離能力，可以在5 s內(nèi)完全吸附漂浮在水中的蘇丹紅/環(huán)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(fù)合材料具有高達(dá)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(fù)合材料具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，可在1 000次充放電循環(huán)后保持初始電容的83.6%。此外，該納米復(fù)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(tuán)，邊緣的羧基使其在溶液中帶負(fù)電，在溶液中能穩(wěn)定、均勻分散[30]。還原過程中，官能團(tuán)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(dá)到某一臨界值，則這些片層在該過程中相互搭接可形成穩(wěn)定的三維整體結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)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(tuán)通過超分子間的相互作用形成互相連接且隨機(jī)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(fù)合材料，并通過可見光照射下有機(jī)染料羅丹明B(RhB)的降解來測試復(fù)合材料的光催化活性。結(jié)果表明，AgI和石墨烯之間的化學(xué)鍵延長了電子-空穴對的壽命，使該納米復(fù)合材料70 min內(nèi)催化降解效率高達(dá)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(dá)88%。Zhang Z.等[34]利用該方法合成負(fù)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(guān)材料的應(yīng)用

2.1 制備導(dǎo)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(jié)構(gòu)，生成的氨基官能團(tuán)作聚苯胺的錨定位點(diǎn)，通過移植法制備具有有效電子透射率的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。具有高比率的聚苯胺納米復(fù)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(huán)壽命和較好的阻抗。與大多數(shù)聚苯胺石墨烯復(fù)合材料相比，優(yōu)化的納米復(fù)合材料顯示出較強(qiáng)的超電容性能。

Cai Z.X.等[36]通過摻入多巴胺來構(gòu)建3D氮(N)摻雜石墨烯氣凝膠。在抗干擾試驗(yàn)中，加入抗壞血酸、多巴胺、尿酸和葡萄糖，研究電流變化。結(jié)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(wěn)定性很好；同時，3D結(jié)構(gòu)提供了大比表面積，使電解質(zhì)容易擴(kuò)散到電極區(qū)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(dāng)水中磷酸鹽質(zhì)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(yōu)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(yàn)中，0.1 g/L該材料可以在5 min內(nèi)將砷質(zhì)量濃度從150 μg/L降至10 μg/L。盡管天然水樣品具有化學(xué)復(fù)雜性，但GN-α-FeOOH氣凝膠仍表現(xiàn)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(jìn)行預(yù)處理就能達(dá)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(fù)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(fù)合材料。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨溶液pH升高，F(xiàn)e-PANI-GA對U(Ⅵ)的吸附能力先升高后下降；溶液pH=5.5時，F(xiàn)e-PANI-GA對U(Ⅵ)的最大吸附容量達(dá)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(jī)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(jī)溶液的石墨烯氣凝膠(GA-LOS)，并用GA-LOS從硝酸介質(zhì)中萃取U(Ⅵ)。與常規(guī)溶劑萃取法相比：GA-LOS可省去有機(jī)相與水相的分離步驟且易實(shí)現(xiàn)固液分離；此外，具有較高的萃取能力(負(fù)載TBP的石墨烯氣凝膠對U(Ⅵ)的飽和萃取容量可達(dá)316.3 mg/g)，可減少有機(jī)稀釋劑用量，減少有機(jī)廢物產(chǎn)生量。穩(wěn)定性測試和循環(huán)利用試驗(yàn)結(jié)果表明，該材料的再生能力較強(qiáng)，是一種理想的從水溶液中分離金屬的萃取劑。當(dāng)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(huán)的提取與剝離效率沒有發(fā)生顯著變化，表明GA-LOS具有較高的循環(huán)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(jìn)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(tuán)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(tuán)結(jié)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(tuán)的強(qiáng)疏水性對從水中除去油和有機(jī)溶劑具有協(xié)同作用。該材料表現(xiàn)出優(yōu)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(qiáng)機(jī)械穩(wěn)定性(至少承載自身質(zhì)量2 600倍)和疏水性(接觸角144°)，不僅對各種油和有機(jī)溶劑有優(yōu)異的吸收性能(吸收容量高達(dá)自身質(zhì)量的11 200%)，而且顯示出優(yōu)異的再生能力(經(jīng)過10次循環(huán)，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(zhì)量19～26倍的高吸附能力，具有良好的熱穩(wěn)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(nèi)都不發(fā)生明顯變化。

Li J.等[42]利用三亞乙基四胺對氧化石墨烯進(jìn)行氨基官能化，然后將三異氰酸酯負(fù)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(qiáng)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(qiáng)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(dá)169 mg/g。

2.4 降解與屏蔽材料

D.A.Reddy等[31]用誘導(dǎo)法制備出ZnS-Gas，所制備材料具有良好的結(jié)晶度。用ZnS對石墨烯納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝飾，ZnS在正常光下照射60 min后，對亞甲基藍(lán)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?yàn)閆nS納米顆粒中的光生電子可以通過RGO片實(shí)現(xiàn)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(chǎn)生極強(qiáng)的氧化劑自由基。所有的光生活性物質(zhì)都可以與吸附的MB染料反應(yīng)，從而使其降解。該復(fù)合材料具有強(qiáng)穩(wěn)定性的高活性光催化劑，可以在環(huán)保中循環(huán)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(yōu)異的電磁干擾(EMI)屏蔽能力。5 mm厚的CF/RGO氣凝膠經(jīng)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(dāng)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(dá)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(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，通過簡單的機(jī)械壓縮實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)的EMI屏蔽能力，使該材料在航空和可穿戴電子設(shè)備方面具有潛在的應(yīng)用可能。

3 結(jié)束語

石墨烯氣凝膠在電子器件生產(chǎn)、反應(yīng)催化、污水處理、吸附材料制備等諸多領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用與發(fā)展前景，但目前的研究大部分仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段。氣凝膠材料的量產(chǎn)、制備產(chǎn)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(xué)的不斷發(fā)展，各種新材料的研發(fā)技術(shù)也會得到發(fā)展，石墨烯氣凝膠在有關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)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(xué),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(xué),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(xué)基金資助項(xiàng)目(11375043)；江西省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(20151BBG70011)；省部共建核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地自主基金資助項(xiàng)目(Z1504)。

蔡之望(1994-)，男，江西新余人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榉派湫栽氐姆蛛x與富集。

劉峙嶸(1969-)，男，江西吉安人，博士，教授，主要研究方向?yàn)榉派湫栽氐姆蛛x與富集。E-mail:zhrliu@ecit.cn。