石墨烯气凝胶是一种由石墨烯片层经过分子间作用力形成的三维空间网络结构,具有高的孔隙率和超低的密度,在环境和能源领域具有很大的应用前景。本论文主要从石墨烯气凝胶的水热法制备过程、性能修饰以及作为光催化载体这三个方面对其进行了系统研究,并着重研究了其在吸油和空气净化两个备受关注的环境问题中的应用。首先,论文第一章对石墨烯气凝胶材料的起源、结构以及制备进行了系统地回顾,并综述了目前石墨烯气凝胶的制备、改性以及功能化三个方面的研究。最后引出了本论文的研究内容。然后,文章系统地研究了水热反应中L-抗坏血酸、乙二胺和氨水这三种还原剂以及反应时间和温度对石墨烯气凝胶在合成过程中的影响。通过X射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜等一些列表征方法研究了其在结构、形貌上的区别。并且通过吸附性试验和循环吸附实验研究了水热条件对气凝胶吸油方面性能的影响。最后得出如下结论:还原剂所带的官能团的性质对气凝胶有重要影响影响,如酸性的L-抗坏血酸为还原剂得到气凝胶强度较好,但是吸附性能较差;而以含氨基的乙二胺和氨水为还原剂制备的气凝胶吸附能力强、弹性好,但是机械强度不够。进一步的在上述研究基础上,我们首次采用乙二胺在水热条件下,并选取碳纳米管作为增强剂,制备出了密度仅为6.2-12.8 mg/cm3的石墨烯-碳纳米管复合气凝胶材料。然后通过各种表征手段分析了碳纳米管对于石墨烯气凝胶在结构、形貌以及吸附性能方面的影响。文章还优化了氧化石墨烯和碳纳米管的最佳质量比为3:1～7:1,并且在该比例下气凝胶对于油和有机物的吸附能力根据有机物和油的密度不同可达100～270倍不等,并具有超强的机械强度,经过多次吸附-燃烧循环和吸附-挤压循环试验后仍然保持极高的吸附性能和完整的结构。最后,文章开创性地采用了一步冷冻干燥法,将二维C3N4(BN和MoS2)片状光催化负载到氧化石墨烯气凝胶上,形成一体式可见光光催化剂。研究表明这种一体式光催化材料在降解NO气体以及染料时光催化活性之所以增加是因为氧化石墨烯的加入增强了其光吸收能力和光生电子转移能力,并且有效地减少了光生电子和空穴的复合。不仅如此,氧化石墨烯表面的含氧官能团对于C3N4的能带结构也产生了影响,使其价带位置下移,空穴氧化能力增强。本文的创新点:(1)首次系统地研究了三种还原剂:L-抗坏血酸、乙二胺和氨水以及水热反应时间和温度对石墨烯气凝胶各方面性能的影响。这对于我们理解水热还原法制备石墨烯气凝胶具有重要意义。(2)首次在水热条件下选用乙二胺作为还原剂制备了石墨烯-碳纳米管复合气凝胶材料。这种气凝胶材料具有良好的机械强度超轻的密度和优越的吸附性能。(3)开创性地采用了冷冻干燥法制备了 C3N4/氧化石墨烯气凝胶,该方法还可以延伸到其它二维光催化材料,如MoS2和BN,为光催化材料的实际应用提供了良好的解决方案。