卟啉共价修饰的石墨烯杂化材料的制备、表征及性能研究
本文关键词: 石墨烯 卟啉 共价修饰 杂化材料 出处:《东南大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:2004年,A. K. Geimand和K. S. Novoselvo利用机械剥离法,首次成功制备出了石墨烯,在之后的10年里,这种二维的碳材料在全球引起了广泛的研究热潮。它具有非常优异的物理化学性质,是导热性最好的、电子传递速度最快和最坚硬的材料。但是,石墨烯的溶剂分散性很差,使其大规模制备加工及应用受到限制。研究者希望利用改性的方法来提高其溶剂分散性和可加工性,而化学功能化是其中最为有效的方法。通过在石墨烯分子上引入功能分子,能够得到综合石墨烯和功能分子优异性能的多功能复合材料。卟啉被称之为“生命的色素”,广泛存在于自然界的生命体内,如动物血液中的血红素就是一种铁卟啉,而绿色植物叶绿体中叶绿素就是一种镁卟啉化合物。卟啉是由四个吡咯环通过次甲基连接形成的大π共轭体系,具有芳香性,是平面的刚性分子。石墨烯/卟啉复合材料具有电子给受体结构,在复合材料中,卟啉与石墨烯分子间能够发生快速的电子转移及能量传递,这使得复合材料具有非常优异的光电化学性质,在非线性光学、光催化、传感等领域具有广泛的应用价。因此,我们希望通过简单的方法合成石墨烯/卟啉复合材料,并研究其光电化学性能,探索其应用价值。而卟啉功能化石墨烯的方法主要有两种,一种是利用π-π作用及静电作用的非共价键结合方式,另一种是利用酯键、酰胺键及碳-碳键的共价键结合方式。前者由于其稳定性较差,因此我们选择共价结合的方式制备石墨烯/卟啉复合材料。具体工作如下:(1)设计并制备了两种轴向共价连接的锡卟啉/石墨烯复合材料,即只在石墨烯边缘引入卟啉的GO'SnP和在石墨烯分子边缘和面内同时引入卟啉的GOSnP。并对它们进行光谱、热重及电镜表征,发现GOSnP与GO'SnP具有不同的形貌,并探究了形貌的形成机理及简单的控制方法。比较GOSnP及GO'SnP的光限幅特性及光电流响应特性,并探究了形貌对于它们电化学性质的影响。(2)设计并制备了非轴向共价连接的氨基卟啉/石墨烯复合材料,只在边缘引入卟啉的GO'TAPP及在边缘和面内同时引入卟啉的GOTAPP。对其进行光谱、热重、电镜表征,并以亚甲基蓝为目标物,研究了它们的光催化降解性能。(3)设计并合成了具有电子“受体-给体-受体”结构的石墨烯/卟啉/富勒烯复合材料GOTAPP-C60,对其进行了光谱、电镜及热重表征,并比较了它与GOATPP的光催化降解亚甲基蓝的能力。
[Abstract]:In 2004, graphene was successfully prepared by mechanical stripping method. In the following 10 years, this two-dimensional carbon material caused a worldwide research boom. It has excellent physical and chemical properties. The materials with the best thermal conductivity, the fastest electron transfer rate and the hardest. However, the solvent dispersion of graphene is very poor. Researchers hope to use modified methods to improve the dispersion and processability of solvents, among which chemical functionalization is the most effective one by introducing functional molecules into graphene molecules. Porphyrin is known as "the pigment of life" and widely exists in the living body of nature, such as heme in animal blood is a kind of iron porphyrin. In green plant chloroplasts, chlorophyll is a magnesium porphyrin compound. Porphyrin is a large 蟺 conjugate system formed by four pyrrole rings connected by methylene. Graphene / porphyrin composite has the structure of electron donor receptor, in which the electron transfer and energy transfer can occur between porphyrin and graphene molecules. As a result, the composites have excellent photochemical properties and are widely used in nonlinear optics, photocatalysis, sensing and so on. Therefore, we hope to synthesize graphene / porphyrin composites by a simple method. The photoelectrochemical properties of porphyrin functionalized graphene were studied and its application value was explored. There are two main methods of porphyrin functionalized graphene, one is the non-covalent bonding mode by 蟺-蟺 interaction and electrostatic action, the other is the use of ester bond. The covalent bonding of amide bond and carbon-carbon bond. Therefore, we choose covalent bonding method to prepare graphene / porphyrin composites. The specific work is as follows: 1) two kinds of axially covalently bonded tin porphyrin / graphene composites have been designed and prepared. In other words, only porphyrin GO'SnP was introduced at the edge of graphene and GOSnP at the same time on the edge and in plane of graphene was introduced. The spectra, thermogravimetric and electron microscopy analysis showed that GOSnP and GO'SnP had different morphologies. The formation mechanism of morphology and the simple control method are discussed. The optical limiting characteristics and photocurrent response characteristics of GOSnP and GO'SnP are compared. The influence of morphology on their electrochemical properties was investigated. The non-axially covalently bonded amino-porphyrin / graphene composites were designed and fabricated. Porphyrin GO'TAPP was introduced only at the edge and the porphyrin GOTAP was introduced simultaneously in the edge and in the plane. The spectra, thermogravimetry and electron microscope were used to characterize the porphyrin, and methylene blue was used as the target material. Their photocatalytic degradation properties were studied. The graphene / porphyrin / fullerene composite GOTAPP-C60 with the structure of electron receptor-donor-receptor was designed and synthesized. It was characterized by spectra, electron microscopy and thermogravimetry. The photocatalytic degradation of methylene blue was compared with that of GOATPP.
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ127.11
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 ;石墨烯相变研究取得新进展[J];润滑与密封;2009年05期
2 ;科学家首次用纳米管制造出石墨烯带[J];电子元件与材料;2009年06期
3 ;石墨烯研究取得系列进展[J];高科技与产业化;2009年06期
4 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期
5 ;日本开发出在蓝宝石底板上制备石墨烯的技术[J];硅酸盐通报;2009年04期
6 马圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究进展[J];现代物理知识;2009年04期
7 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期
8 ;纳米中心石墨烯相变研究取得新进展[J];电子元件与材料;2009年10期
9 徐秀娟;秦金贵;李振;;石墨烯研究进展[J];化学进展;2009年12期
10 张伟娜;何伟;张新荔;;石墨烯的制备方法及其应用特性[J];化工新型材料;2010年S1期
相关会议论文 前10条
1 成会明;;石墨烯的制备与应用探索[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
2 钱文;郝瑞;侯仰龙;;液相剥离制备高质量石墨烯及其功能化[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
5 沈志刚;李金芝;易敏;;射流空化方法制备石墨烯研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年
6 王冕;钱林茂;;石墨烯的微观摩擦行为研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
7 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
8 吴孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
9 周震;;后石墨烯和无机石墨烯材料:计算与实验的结合[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
10 周琳;周璐珊;李波;吴迪;彭海琳;刘忠范;;石墨烯光化学修饰及尺寸效应研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
相关重要报纸文章 前10条
1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年
2 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年
3 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年
4 本报记者 李好宇 张們捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年
5 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年
6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年
7 记者 谢荣 通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年
8 本报记者 纪爱玲;石墨烯:市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年
9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年
10 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年
相关博士学位论文 前10条
1 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年
2 罗大超;化学修饰石墨烯的分离与评价[D];北京化工大学;2011年
3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修饰[D];北京化工大学;2012年
4 王崇;石墨烯中缺陷修复机理的理论研究[D];吉林大学;2013年
5 盛凯旋;石墨烯组装体的制备及其电化学应用研究[D];清华大学;2013年
6 姜丽丽;石墨烯及其复合薄膜在电极材料中的研究[D];西南交通大学;2015年
7 姚成立;多级结构石墨烯/无机非金属复合材料的仿生合成及机理研究[D];安徽大学;2015年
8 伊丁;石墨烯吸附与自旋极化的第一性原理研究[D];山东大学;2015年
9 梁巍;基于石墨烯的氧还原电催化剂的理论计算研究[D];武汉大学;2014年
10 王义;石墨烯的模板导向制备及在电化学储能和肿瘤靶向诊疗方面的应用[D];复旦大学;2014年
相关硕士学位论文 前10条
1 詹晓伟;碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究[D];西安电子科技大学;2011年
2 王晨;石墨烯的微观结构及其对电化学性能的影响[D];北京化工大学;2011年
3 苗伟;石墨烯制备及其缺陷研究[D];西北大学;2011年
4 蔡宇凯;一种新型结构的石墨烯纳米器件的研究[D];南京邮电大学;2012年
5 金丽玲;功能化石墨烯的酶学效应研究[D];苏州大学;2012年
6 黄凌燕;石墨烯拉伸性能与尺度效应的研究[D];华南理工大学;2012年
7 刘汝盟;石墨烯热振动分析[D];南京航空航天大学;2012年
8 雷军;碳化硅上石墨烯的制备与表征[D];西安电子科技大学;2012年
9 于金海;石墨烯的非共价功能化修饰及载药系统研究[D];青岛科技大学;2012年
10 李晶;高分散性石墨烯的制备[D];上海交通大学;2013年
,本文编号:1500880
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huagong/1500880.html