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構的碳材料，其發(fā)現(xiàn)豐富了碳材料世界，激發(fā)了科學界的研究熱情，使多個領域看到了性能突破的希望。由于在電學、光學、力學、熱學等方面呈現(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、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械剝離法、外延生長法、氣相沉積法、化學合成法、化學剝離法。其中，化學剝離法由于操作簡單、成本低、產(chǎn)量大的特點被公認為最具有工業(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、還原難的缺點而往往限制了其更好的應用。而石墨烯及其派生物獲得更大應用和發(fā)展的基礎是功能化，這樣才能更好地發(fā)揮其強大的性能優(yōu)勢。因此，本文采用經(jīng)典的化學剝離法——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，通過非共價鍵修飾氧化石墨烯、還原石墨烯獲得功能型復合材料，研究了復合材料在吸附轉移、光催化、電學性質(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極性溶劑中的分散性和穩(wěn)定性的不同實現(xiàn)了對它們的分離，研究了它們的尺寸、形貌、氧化度，說明了方法的分離機理。同時，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羅丹明-B的熒光猝滅作用。結果表明，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。
　　2.基于改進的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、結構，發(fā)現(xiàn)其具有高的還原度（C/O原子比到達12）。同時，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)狀結構的還原氧化石墨烯薄膜。這種薄膜表現(xiàn)出了極好的電導能力（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復合材料。利用這些復合材料對亞甲基藍和羅丹明-B進行光降解后，發(fā)現(xiàn)它們擁有超好的光解去污功能。同時發(fā)現(xiàn)，分散性、電子空穴對復合率、晶型結構以及導電性對Fe2O3復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)過常溫攪拌獲得了銪修飾的還原氧化石墨烯復合材料。研究了材料的結構、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與還原氧化石墨烯進行作用。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共軛結構的均苯四甲酸（PMA）和鄰菲羅琳（phen）為有機配體，以三價稀土銪離