氧化石墨烯表面功能化修飾.pdf

1、作為一種新興碳材料，石墨烯具有獨特的力學，光學，熱學和電學性能，例如反常的量子霍爾效應，高的楊氏模量，高熱導率和大比表面積等。正是由于石墨烯的這些優(yōu)異的性能，它被廣泛應用于制備各類功能性的納米復合材料，在包括電子學，光學，催化等領域內(nèi)具有廣闊的應用前景。然而，石墨烯的應用存在諸多困難，規(guī)?；苽涫┍闶侵饕奶魬?zhàn)之一，而氧化石墨烯因與石墨烯在結構上非常類似，通常被當做石墨烯的前驅體。采用熱處理或者化學還原氧化石墨烯的方式可以有效地規(guī)模

2、化制備石墨烯，特別是通過化學還原制備石墨烯的途徑眾多，具有較高的學術研究價值。本論文主要對氧化石墨烯的表面修飾展開研究，制備了用有機小分子和納米銀顆粒修飾的（氧化）石墨烯復合材料，主要研究內(nèi)容包括:
　　 1)有機小分子對氧化石墨烯的表面改性。以三聚氰氯為原料合成了有機小分子2-氨基-4，6-雙十二胺-1，3，5-三嗪(ADDT)，合成產(chǎn)物ADDT的化學結構經(jīng)傅里葉紅外(FT-IR)譜和核磁共振譜1HNMR得以確定。隨后對合成產(chǎn)

3、物的熱穩(wěn)定性進行了研究，從熱重分析的結果來看，制備的ADDT相對于三聚氰胺來說具有更高的熱穩(wěn)定性，其分解溫度范圍與聚合物的分解溫度范圍有較大的重合。為了將ADDT以共價鍵的方式接枝在氧化石墨烯的表面，氧化石墨烯先與二氯亞砜反應，將表面的羧基轉化為酰氯基，然后ADDT與酰氯化氧化石墨烯反應。產(chǎn)物GO-ADDT經(jīng)FT-IR、X射線光電子能譜(XPS)和高分辨透射電鏡(HRTEM)表征，確認ADDT通過酰胺鍵接枝在氧化石墨烯片的表面上，隨后對

4、GO-ADDT的熱穩(wěn)定性和溶解性進行了考察。從熱重分析(TGA)的結果來看，接枝上ADDT之后，產(chǎn)物的熱穩(wěn)定有了明顯提高，隨著溫度的升高其質(zhì)量損失速率明顯降低且GO-ADDT最后的殘余量要明顯高于氧化石墨。將產(chǎn)物GO-ADDT分散在氯仿和水的混合溶劑中，接枝后的產(chǎn)物表現(xiàn)出明顯的疏水性，在氯仿中能很好的分散，這說明在改性之后，氧化石墨烯的表面由親水轉為疏水，這種變化將為GO-ADDT應用于非極性聚合物基復合材料打下基礎。
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5、)在溫和的條件下，一步法同時還原銀離子和氧化石墨烯制得石墨烯/納米銀復合材料。在實驗中，以甲醛為還原劑，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為保護劑，經(jīng)過7分鐘反應即可制得石墨烯為基底的復合材料FAG;而PVP為還原劑與AgNO3作用則得到以氧化石墨烯為基底的復合材料PAG。利用HRTEM，掃描電鏡(SEM)和XPS等表征手段對PAG和FAG兩種復合材料進行了研究。XPS數(shù)據(jù)顯示二者的基底不同，SEM和HRTEM照片顯示基底上的含氧官能團對納米銀在

6、基底的附著有著重要的影響。這種低溫且快速的制備方式為規(guī)?；a(chǎn)石墨烯/納米銀復合材料開辟了新的路線。
　　 3)為了更加方便地制備基底還原程度不一樣的（氧化）石墨烯/納米銀復合材料，我們對2）的方法進行了改進，使用了綠色環(huán)保的試劑。加入葡萄糖，PVP和銀氨溶液，通過改變反應溫度制備了三種復合材料GSG-25(25℃)，GSG-40(40℃)和GSG-60(60℃)，并著重研究了GSG-25和GSG-60這兩種基底含氧基團差別比較

7、大的復合材料。XPS譜圖證實GSG-25和GSG-60這兩種復合材料基底上含氧官能團的含量差別較大;HRTEM照片顯示了納米銀在不同基底上的分布狀況，對比后發(fā)現(xiàn)GSG-25上負載的納米銀顆粒數(shù)目更多，存在相對較多的粒徑大的納米銀顆粒;利用紫外-可見光吸收光譜對不同反應時間得到的復合材料進行了考察;對基底上的含氧官能團與負載的納米銀之間的相互作用進行的研究，證實了納米銀顆粒與復合材料的基底之間是非共價鍵的結合方式;另外，對GSG-60制備