石墨烯与量子点的制备及应用

发布时间：2017-09-12 20:38

  本文关键词：石墨烯与量子点的制备及应用

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【摘要】：石墨烯(graphen e)由于其特异的力学、热学及电学性质而备受关注。然而,其规模化生产及在溶剂中的有效分散依然是制备与利用石墨烯所面临的主要难题。目前,氧化还原的方法是大规模制备石墨烯的一种常用方法。氧化石墨作为石墨烯的前驱体,可以通过化学或是热处理的手段对其进行还原制备石墨烯,同时由于其表面的含氧基团也为改善石墨烯的分散性提供了可能,从而拓展石墨烯的应用范围。此外,宏观的碳基材料由于缺少合适的带隙,通过对碳材料的尺寸调控及表面化学处理,可以将其开发成一种新型的荧光发光材料。与传统的荧光材料相比,它除了具有良好的化学惰性、低毒性、较好的生物相容性和水溶性以及抗光漂白等优点,还由于其表面丰富的活性基团,也为其在离子检测方面提供了可能。本论文的主要研究内容如下：1.首先,通过一种高效的在空气气氛下低温热处理氧化石墨烯的方法制备出石墨烯。整个实验过程仅需一步就可以完成对氧化石墨烯的剥离与还原,且不需要任何额外的辅助条件。实验结果表明：300℃热还原制备的石墨烯具有良好的剥离和还原程度。此外,低温热还原氧化石墨烯(TRGO)的结构完整,性能优良,其电导率在经过300℃热还原后提升至215.16 S/m,较氧化石墨烯提高了8个数量级。同时,其在水相及三氯甲烷等有机溶剂中也有很好的分散效果,这就为石墨烯在不同领域的应用提供了有利的条件。2.通过溶液混合的方法制备出一种高性能的石墨烯/聚丁烯复合材料。实验结果发现：复合材料表现出优良的导电行为和介电性质,同时其结晶行为、耐热及力学性能也有大幅度地提升。这些性能的改善主要归因于石墨烯本身的性质及其在聚丁烯基体树脂中具有较好的分散状况。特别是当复合材料表现出从绝缘体到导体的转变时,TR-300的填充含量仅为0.39vo1.%。而当TR-300的填充含量继续提升至1.19vo1.%时,复合材料的电导率就已经高达0.092S/m。这种高导电、高介电的复合材料使得其在导电触摸屏、储能材料及抗静电方面都具有很好的应用前景。3.通过一步溶剂热的方法将氧化石墨烯裁剪成具有优异荧光性能的石墨烯量子点。研究结果表明：制备的石墨烯量子点具有单片层石墨烯结构,且其尺寸大小不超过10nm。红外测试表明石墨烯量子点表面有大量的羟基和羧基官能团。光学测试显示石墨烯量子点在365nm激发光的激发作用下发出黄绿色荧光,且Cr( VI)离子对其荧光有选择性猝灭作用。通过对Cr(Ⅵ)离子不同浓度的检测,发现其检出限为12.5nmol/L,这说明其可以作为Cr(Ⅵ)离子探针传感器在工业废水检测方面得到良好应用。
【关键词】：石墨烯 石墨烯量子点 热处理 电导率 荧光材料 离子检测
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;O657.3
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-31
• 1.1 引言15
• 1.2 石墨烯概述15-20
• 1.2.1 石墨烯的基本结构与性质15-16
• 1.2.2 石墨烯的制备16-18
• 1.2.3 石墨烯的应用前景18-20
• 1.3 聚合物复合导电材料20-24
• 1.3.1 聚合物复合导电材料的制备20-21
• 1.3.2 聚合物复合导电材料的研究进展21-24
• 1.4 石墨烯量子点的概述24-28
• 1.4.1 石墨烯量子点的性质24
• 1.4.2 石墨烯量子点的制备24-26
• 1.4.3 石墨烯量子点的发光机理26-27
• 1.4.4 石墨烯量子点的前景27-28
• 1.5 论文选题的目的及意义28-31
• 1.5.1 论文选题的目的与意义28
• 1.5.2 论文的主要研究内容28-31
• 第二章 实验部分31-39
• 2.1 实验原料和仪器31-32
• 2.1.1 实验所需原料及试剂31-32
• 2.1.2 实验所用仪器设备32
• 2.2 样品的制备32-35
• 2.2.1 氧化石墨烯的制备32-33
• 2.2.2 低温热剥离与还原氧化石墨烯的制备33
• 2.2.3 聚丁烯复合材料的制备33-34
• 2.2.4 一步溶剂热法制备石墨烯量子点34
• 2.2.5 荧光石墨烯量子点的还原与修饰34
• 2.2.6 荧光石墨烯量子点对水体中金属离子的检测34-35
• 2.3 测试与表征35-39
• 2.3.1 样品形貌测试35
• 2.3.2 样品结构与元素表征35-36
• 2.3.3 热学性能测试36
• 2.3.4 力学性能测试36-37
• 2.3.5 光学性能测试37
• 2.3.6 电学性能测试37
• 2.3.7 介学性能测试37-39
• 第三章 低沮热剥离与还原氧化石墨烯的制备及表征39-51
• 3.1 前言39
• 3.2 氧化石墨烯的结构分析39-42
• 3.3 低温热剥离与还原氧化石墨烯的可行性分析42-43
• 3.4 低温热剥离与还原氧化石墨烯的分析43-49
• 3.4.1 不同热还原温度对剥离程度的影响43-44
• 3.4.2 不同热还原温度对石墨烯结构的影响44-47
• 3.4.3 不同热还原温度对石墨烯电导率的影响47-48
• 3.4.4 低温热还原石墨烯的分散性研究48-49
• 3.5 小结49-51
• 第四章 石墨烯/聚丁烯纳米复合材料的制备及性能研究51-61
• 4.1 前言51
• 4.2 组分构成对PB复合材料性能的影响51-56
• 4.2.1 复合材料断面形貌分析51-52
• 4.2.2 复合材料电学性能分析52-53
• 4.2.3 复合材料结晶形貌分析53-54
• 4.2.4 复合材料热学行为分析54-55
• 4.2.5 复合材料力学行为分析55-56
• 4.3 填料含量对PB复合材料性能的影响56-60
• 4.3.1 填料含量对复合材料形貌的影响56-57
• 4.3.2 填料含量对复合材料介电性能的影响57-58
• 4.3.3 填料含量对复合材料热学性能的影响58-60
• 4.4 小结60-61
• 第五章 石墨烯量子点的制备及性能研究61-71
• 5.1 前言61
• 5.2 溶剂热法制备石墨烯量子点61-65
• 5.3 石墨烯量子点表面状态对其发光影响65-67
• 5.4 石墨烯量子点荧光探针67-70
• 5.5 小结70-71
• 第六章 结论71-73
• 参考文献73-79
• 致谢79-81
• 研究成果及发表的学术论文81-83
• 作者和导师简介83-84
• 专业学位硕士研究生学位论文答辩委员会决议书84-85

【参考文献】

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本文编号：839413