氧化石墨的表面功能化及其應用.pdf

1、石墨烯具有單原子厚度的二維蜂窩狀結構，由于其具有優(yōu)異的電傳導性、熱傳導性和力學性能，可以廣泛應用在傳感器、納米電子學、聚合物增強材料和超級電容器等領域。常用的制備方法有機械剝離、化學氣相沉積、外延生長等方法。然而，這些方法都不能大量制備石墨烯。氧化石墨被認為是宏量制備石墨烯最優(yōu)異的前驅(qū)體材料，可以通過將氧化石墨超聲剝離后再經(jīng)化學還原來制備石墨烯。本論文采用葡萄糖、乙二胺和對苯二胺作為還原劑將氧化石墨還原和表面功能化修飾。主要工作如下:<

2、br>　　 (1)以葡萄糖還原的石墨烯（G-graphene）和聚乙烯醇(PVA)為原料，通過水溶液共混的方法制備出機械性能增強的聚乙烯醇納米復合材料。選擇共價型表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為G-graphene的表面修飾劑來改善G-graphene與聚乙烯醇的相容性。當PVP修飾的石墨烯(G-P-graphene)的含量為0.7 wt％時，聚乙烯醇納米復合材料的拉伸強度由聚乙烯醇的105 MPa增加到154 MPa;楊氏模量

3、由聚乙烯醇的3.3 GPa增加到4.9 GPa。力學性能的增加是因為G-P-graphene在聚乙烯醇基體中良好的分散，以及G-P-graphene與聚乙烯醇之間存在的強烈的氫鍵作用共同作用的結果。
　　 (2)采用乙二胺作為還原劑，通過簡單水回流的方法制備出乙二胺還原修飾的石墨烯(ED-RGO)。反應原理是乙二胺上的胺基與氧化石墨表面的環(huán)氧基發(fā)生了親核取代反應。ED-RGO作為Cr(Ⅵ)離子吸附劑，與其他傳統(tǒng)吸附劑相比，具有更

4、優(yōu)異的移除效率，而且吸附后的吸附劑很容易分離。在低pH的條件下，高毒性的Cr(Ⅵ)可以被ED-RGO還原為低毒性的Cr(Ⅲ)，還原過程采用一種間接的還原機制。還原過程中所需要的電子來自ED-RGO六元環(huán)上的π電子。ED-RGO作為一種新型吸附劑，在含Cr(Ⅵ)廢水治理領域具有很好的應用前景。
　　 (3)用對苯二胺作為還原修飾劑，通過簡單水回流的方法得到對苯二胺還原修飾的石墨烯(GO-PPD)。反應原理同樣是對苯二胺上的胺基與氧

5、化石墨表面的環(huán)氧基發(fā)生了親核取代反應。還原后得到的GO-PPD膜的電導率高達2.1×102S·m-1，是氧化石墨膜的近9倍。此外，將GO-PPD與聚苯乙烯復合制備得到的納米復合材料的導電逾滲閾值低達～0.34 vol％，復合材料的熱穩(wěn)定性也提高了～8℃，這是由于GO-PPD可以在聚苯乙烯基體中具有良好的分散。
　　 (4)采用溶液共混的方法，將GO-PPD和熱膨脹的石墨烯分別和聚碳酸酯(PC)基體復合，得到聚碳酸酯基導電復合材料

6、。采用間歇式超臨界CO2發(fā)泡技術制備聚碳酸酯/石墨烯導電復合泡沫材料;同時研究了發(fā)泡條件（發(fā)泡時間、飽和壓力和飽和溫度）對泡孔尺寸和泡孔密度的影響，選擇出最佳的發(fā)泡條件。在此條件下制備出的純聚碳酸酯發(fā)泡樣品的泡孔尺寸為28.2μm，泡孔密度為7.85×107cells·cm-3。掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、熱失重分析(TGA)和流變表征分析的結果表明GO-PPD在聚碳酸酯基體中具有良好的分散