氧化石墨烯及還原氧化石墨烯的制備與功能化.pdf

1、石墨烯作為由碳原子以單層原子組成的二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的碳材料，其發(fā)現(xiàn)豐富了碳材料世界，激發(fā)了科學(xué)界的研究熱情，使多個(gè)領(lǐng)域看到了性能突破的希望。由于在電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等方面呈現(xiàn)出了其它材料無法比擬的突出性能，石墨烯因此在光電器件、醫(yī)學(xué)、生物、催化等方面得到了極大的發(fā)展。目前，生產(chǎn)石墨烯的方法主要包括機(jī)械剝離法、外延生長法、氣相沉積法、化學(xué)合成法、化學(xué)剝離法。其中，化學(xué)剝離法由于操作簡單、成本低、產(chǎn)量大的特點(diǎn)被公認(rèn)為最具有工業(yè)化生產(chǎn)潛力的

2、方法之一。但其制備的石墨烯尺寸不均勻、還原難的缺點(diǎn)而往往限制了其更好的應(yīng)用。而石墨烯及其派生物獲得更大應(yīng)用和發(fā)展的基礎(chǔ)是功能化，這樣才能更好地發(fā)揮其強(qiáng)大的性能優(yōu)勢(shì)。因此，本文采用經(jīng)典的化學(xué)剝離法——Hummers法生產(chǎn)石墨烯及其衍生物，開發(fā)了一種全新的分離不同尺寸大小氧化石墨烯片層的方法，發(fā)展了一種快速易操作的方法生產(chǎn)還原石墨烯，通過非共價(jià)鍵修飾氧化石墨烯、還原石墨烯獲得功能型復(fù)合材料，研究了復(fù)合材料在吸附轉(zhuǎn)移、光催化、電學(xué)性質(zhì)、發(fā)光特

3、性等性能的表現(xiàn)。主要研究內(nèi)容如下：
　　1.基于改進(jìn)的Hummers法，合成了氧化石墨烯。通過不同尺寸的氧化石墨烯片層在有機(jī)極性溶劑中的分散性和穩(wěn)定性的不同實(shí)現(xiàn)了對(duì)它們的分離，研究了它們的尺寸、形貌、氧化度，說明了方法的分離機(jī)理。同時(shí)，通過熒光光譜法初步研究了分離得到的氧化石墨烯片層對(duì)羅丹明-B的熒光猝滅作用。結(jié)果表明，利用此方法成功分離得到了橫向尺寸（d）較為均勻的氧化石墨烯，各部分尺寸范圍分別為：d<5μm，5μm

4、m，15μm25μm。且尺寸更小的氧化石墨烯片層猝滅羅丹明-B的熒光的能力更強(qiáng)。
　　2.基于改進(jìn)的Hummers法，干燥得到了氧化石墨紙。通過使氧化石墨紙快速地通過燃著的酒精燈，氧化石墨被迅速剝離成了還原的氧化石墨烯。研究了產(chǎn)物的氧化度、形貌、結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其具有高的還原度（C/O原子比到達(dá)12）。同時(shí)，為了快速大量獲得透明的氧化石墨烯薄膜，開發(fā)了旋蒸自組裝成膜法。研究發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯薄膜經(jīng)過燃燒處理后，變成了三

5、維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的還原氧化石墨烯薄膜。這種薄膜表現(xiàn)出了極好的電導(dǎo)能力（阻抗由24MΩ降低到了4.7KΩ)）和吸附能力。
　　3.以氯化鐵、三氧化二鐵（α-Fe2O3）為金屬源，分別與氧化石墨水溶膠作用，利用超聲和火焰制備得到了三種不同的Fe2O3復(fù)合材料。利用這些復(fù)合材料對(duì)亞甲基藍(lán)和羅丹明-B進(jìn)行光降解后，發(fā)現(xiàn)它們擁有超好的光解去污功能。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，分散性、電子空穴對(duì)復(fù)合率、晶型結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)電性對(duì)Fe2O3復(fù)合材料的光降解能力有較大的影

6、響。
　　4.以氯化銪、氧化石墨烯為前軀體，經(jīng)過常溫?cái)嚢璜@得了銪修飾的還原氧化石墨烯復(fù)合材料。研究了材料的結(jié)構(gòu)、形貌、組成成分，發(fā)現(xiàn)銪以銪離子和氫氧化銪兩種形式通過含氧基團(tuán)與還原氧化石墨烯進(jìn)行作用。研究表明，其不但擁有極好的熒光猝滅作用，而且能夠緩慢改性羅丹明-B，使紅色的熒光逐步變成橙色、黃色和綠色。
　　5.利用π-π堆積和氫鍵作用，選擇具有π共軛結(jié)構(gòu)的均苯四甲酸（PMA）和鄰菲羅琳（phen）為有機(jī)配體，以三價(jià)稀土銪離