石墨烯基无机有机杂化材料的制备及性能研究

发布时间：2020-09-01 09:38

　　石墨烯自从2004年被发现以来,以其良好的强度、柔韧、导电、导热及光学特性,迅速成为国内外热点研究领域,在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。开展石墨烯结构的化学修饰,能够结合有机、无机材料的优势,获得功能更佳的物质,具有重要的研究意义。光吸收材料在太阳能利用、红外检测、大气环境监控、激光防护、特种镜片等领域具有重要的应用潜能,为了获得具有良好光吸收性能的石墨烯产品,本课题首先利用共混的方法制备了磺化聚苯乙烯包覆的磺化石墨烯杂化材料。研究中将共混溶液涂覆在活化后的玻片表面,测定其在紫外-红外光区的光吸收情况,同时探讨了向共混溶液中掺杂不同金属离子后对玻片的光吸收强度影响。结果表明,涂覆共混溶液的玻片在紫外与中红外光区有着很高的光吸收强度,当磺化石墨烯的加入量逐渐增加时,杂化材料的光吸收强度逐渐加强;当加入不同离子时,玻片的光吸收强度会有着明显变化,因金属离子种类不同而区别较大,其中掺杂Cu~(2+)对玻片的光吸收强度加强效果最好。磺化聚苯乙烯和磺化石墨烯杂化材料具有丰富的水溶性基团,其优良的水溶性,使得该杂化材料在作为水基润滑剂的应用中有着广阔的前景。为此进一步拓展研究了这种材料的水基润滑性能。研究结果表明,当共混溶液中磺化石墨烯的加入量达到20%,共混材料在水中的占比为0.02%时,即可大大减小钢球之间的摩擦系数、摩擦力及磨斑直径,是一种可以有效增强纯水抗磨性能的润滑添加剂。最后,利用磺化石墨烯的结构特点,以邻氨基苯甲酰胺和醛酮类化合物为原料,探索了磺化石墨烯对该类型有机反应的催化效果。结果表明,当使用磺化石墨烯作为非均相催化剂时,可以得到高收率的喹唑啉酮产物,并且磺化石墨烯易于回收、重复利用率高。
【学位单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ127.11;TB34
【部分图文】：

示意图,碳材料结构,形态,示意图

自从 2004 年来自曼彻斯特大学的 Geim 教维原子晶体石墨烯[1]，自此石墨烯材料迅速的进入内成为研究热点以及重点领域[2]。自从 1985 年富米管（Carbon nanotubes）之后，碳元素又出现了一碳材料，是组成其他维数碳材料的基本单位，如果管，也可以包覆形成富勒烯，堆积则可以改变维数生被广大的研究学者预测其将引领各个研究领域一步步变为现实[5-7]。热潮是从 2004 年发现开始的，最初的石墨烯是 G这也是最简单的机械剥离法，最终可以得到单层石间厚度是 0.33nm 到 1nm 之间，被认为是世界上“性质，包括极高的比表面积，目前检测出并公开其数据约 130Gpa，若与最好的钢比较，石墨烯的移率，数据显示其迁移率超过 15000 cm2/(V·s）， S）；

结构图,石墨,结构图

第一章文献综述形成均匀的氧化石墨悬浊液。Stanford 大学教授戴学方法把 HOPG 剥离制备成为纳米级别的石墨烯首先在硝酸和硫酸中石墨发生氧化反应，然后在氩，此时石墨片将会产生剥离，最后在化学溶液中把缘又平又滑的纳米带。王恩哥教授[18]和戴宏杰教离石墨到嵌入石墨，最后扩张单层的石墨的化学制薄层石墨烯，如图 1.2。

氧化石墨,结构模型

研工作者对石墨烯的研究越来越深入，其制备方式也多种多几种外，还有高温还原[30]、光照还原[31]、微波法[32]、电弧墨烯既难溶又不稳定的问题亟待解决，另外制备石墨烯的方，如何综合运用和解决大规模制备石墨烯产品成为研究的关的制备可由字面理解为：单层的氧化石墨两者有一定相似度，通过构，但氧化石墨烯（图 1.3）是石墨烯引入含氧官能团，比等。通过 AFM 的表征，我们知道与石墨烯厚度相比，氧化nm 左右。但是由于氧化石墨烯结构更复杂和缺乏更精细的检达出其结构，最初由于氧化石墨烯能很好的分散到水中，并所以人们认为其具有亲水性；然而在对其进行深入研究时发有未被氧化的芳香区域，呈现一种从中央的疏水性到边缘的认为具有双亲性能。氧化石墨烯具有降低界面能量的能力，氧官能团破坏了片层内的共轭作用，导致其电学性质和力学多。

【参考文献】