智能响应性石墨烯的合成、功能化及其电化学应用

发布时间：2020-05-16 06:54

【摘要】：智能响应性石墨烯基复合物由于兼具智能高分子嵌段共聚物的智能响应性以及石墨烯优良的物理性能而受到广泛关注。采用非共价修饰法合成智能响应性石墨烯基纳米复合材料,能够很好的保持石墨烯原有的物理性质。聚合离子液体具有独特的离子交换性,可利用这种性质通过控制阴离子的种类,赋予复合物智能响应性,使其实现亲疏水性的转换。更为重要的是,还可以通过离子交换作用向复合材料中引入具有功能性的阴离子,从而实现功能性材料的构建。因此,智能响应性的石墨烯基纳米复合材料还可引入其他功能性物质,构筑新型电活性功能化材料。基于以上的分析,本论文主要开展了以下的工作:(1)本文首先建立了一种具有普适性的智能石墨烯的合成方法,即首先利用RAFT聚合,通过自由基引发的方法合成了嵌段共聚物poly(NIPAm-b-BVImBr),然后利用聚合物中聚合离子液体的大π键结构,通过非共价修饰的合成方法,首次合成了具有温度敏感响应性的石墨烯poly(NIPAm-b-BVImBr)-rGO。运用TEM,UV-vis,XPS和FT-IR等方法对材料进行了一系列表征,并进一步对其温敏性进行了考察。实验结果表明,poly(NIPAm-b-BVImBr)-rGO具有良好的智能响应性,并且具有较好的可逆性。(2)利用聚合离子液体嵌段独特的离子交换性制备了两种电活性的功能性材料,对其结构和形貌进行了考察。构筑了两种新型的具有电活性的修饰电极poly(NIPAm-b-BVIm[Fe(CN)_6])-rGO/GC和poly(NIPAm-b-BVIm[FcCOO])-rGO/GC,探究了两种修饰电极的基本电化学性质,例如电化学稳定性,温敏性和电催化性能等。实验结果表明,修饰电极poly(NIPAm-b-BVIm[Fe(CN)_6])-rGO/GC具有良好的稳定性及温敏响应性以及良好的“开-关”效应,并且在常温下对抗坏血酸(AA)具有较好的检测性能,其检测范围在0.150μM-1.05 mM,检出限为5.00×10~(-2)μM,灵敏度为85.6 mAcm~(-2)M~(-1)。本文进一步研究了修饰电极poly(NIPAm-b-BVIm[FcCOO])-rGO/GC在20°C和45°C环境下,对抗坏血酸(AA)的电催化性能。实验结果表明,在20°C环境下,poly(NIPAm-b-BVIm[FcCOO])-rGO/GC修饰电极对抗坏血酸(AA)具有良好的电催化性能,对抗坏血酸的检测范围为5.00×10~(-2) mM-1.25 mM,检出限为1.67×10~(-2)mM,灵敏度为112 mAcm~(-2)M~(-1)。在45°C环境下,由于两种电极材料均呈现疏水性,其对AA的电催化无法实现,进一步证明修饰电极的电催化也具有良好温敏响应的“开-关”效应。
【图文】：

历程,石墨,科学研究领域,碳纳米材料

第 1 章前言碳纳米材料的经典代表[8]，，Kroto H. W., Smalley R. E.和 Curl R. F.因996 年诺贝尔化学奖。1991 年，日本的饭岛博士发现了一种碳结构2004 年，GeimA. K.和 Novoselov K. S.将石墨烯的多层结构剥离为构，制备出了单层石墨烯。从此形成了零维富勒烯、一维碳纳米烯的体系，这在科学研究领域中具有十分重要的地位。

示意图,氧化石墨,还原法,溶液

会在其表面生长出多层的石墨烯[23]。该方法可以制备出，但该方法对制备条件要求过于苛刻，成本较高，因此该法的批量生产。学气相沉积法，该方法是将金属薄膜放置于高温能发生分解的高温退火的处理后，会在基底表面发生沉积，从而得到石墨腐蚀金属基底，得到具有片层结构的石墨烯。该方法最大的面积较大的石墨烯片，但金属薄膜价格昂贵，使得生产成本业化生产。原氧化石墨烯法，该方法是目前最常用的制备石墨烯的方法化剂进行氧化处理天然石墨，经过氧化处理后的石墨片层引能团[24]，例如：羟基、环氧基以及羧基等，石墨片层之间的距2 中上图所示的氧化石墨烯；再进行化学还原法，将表面具有氧化石墨烯还原为还原氧化石墨烯。由于这种还原氧化石墨、生产成本低而且可大批量生产，所以采用该方法制备石墨青睐。
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.11

【参考文献】