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石墨烯是具有优异性质的二维碳纳米材料,自发现已来得到广泛研究。石墨烯气凝胶是二维石墨烯组成的具有多孔结构的3D材料,既具有气凝胶低密度、大比表面积、高孔隙率等特性,又具有石墨烯的良好理化性质、优异的导电导热性及良好的力学性质,更重要的是可以在其三维结构上引入功能化纳米材料,制备石墨烯复合气凝胶,拓展其在吸附、超级电容器、催化、传感等领域的应用。本文在三维石墨烯气凝胶上引入ZIF-8、ZIF-67、MIL-101(Cr)三种MOFs和碳球粒子,制备了 ZIF-8/石墨烯复合气凝胶(ZIF-8/GA)、ZIF-67/石墨烯复合气凝胶(ZIF-67/GA)、MIL-101(Cr)/石墨烯复合气凝胶(MIL-101(Cr)/GA)和中空碳球/石墨烯复合气凝胶(Hollow carbon spheres/graphene aerogels,HCSs/GAs),利用 XRD、SEM、EDS、Raman、FTIR、XPS、BET等手段对其结构进行了表征,并研究了相应复合气凝胶的吸附性能及电化学性能,主要内容如下:(1)通过将石墨烯水凝胶放置于ZIFs前驱体溶液中,采用反向扩散法制备出了两种ZIFs/石墨烯复合气凝胶,具有三维多孔结构且ZIFs颗粒均匀分散于石墨烯片层上。该气凝胶对染料、有机溶剂具有较强的吸附性:ZIF-8/GA对MO和RhB的平衡吸附量达到406.5和320.6 mg·g-1,ZIF-67/GA对MO和RhB的平衡吸附量分别为550.3和380.7 mg·g-1,吸附过程符合准二级吸附动力学,ZIFs/GA对阴离子染料吸附性更强;ZIF-8/GA对有机溶剂的吸收量达到44.1～98.8 g·g-1,ZIF-67/GA吸收量达到48.8～103 g·g-1,且具有良好的重复使用性。(2)通过水热法制备出MIL-101(Cr)颗粒,将其与GO分散液混合,经化学还原制备了 MIL-101(Cr)/GA。BET测试其比表面积达到295.3 m2·g-1。由于MIL-101(Cr)和GA之间的协同效应,MIL-101(Cr)/GA对染料、有机溶剂和油具有良好的吸附性能,对MO和RhB的平衡吸附量分别达到331.5 mg·g-1和345.7 mg·g-1,对有机溶剂和油的吸收量达到51～101 g·g-1,且具有良好的重复使用性。(3)采用两步合成法制备了 HCSs/GAs,中空碳球分布在石墨烯片层上,复合气凝胶比表面积达到356.1 m2·g-1,孔径分布较宽。HCS s/GAs对MO和RhB的平衡吸附量达到344.1和441.5 mg·g-1,吸附过程符合准二级吸附动力学,对有机溶剂和油的吸收量达到58～108 g·g-1,经加热或压缩后仍具有良好的重复使用性。电化学测试证实HCSs/GAs属于双电层型电容,当HCSs含量为30 mg时,HCSs/GAs具有最优的电化学性能,在0.5 A·g-1电流密度下比电容达到130.7 F·g-1,具有较好的倍率特性。