基于pH值的氧化石墨烯的性質(zhì)調(diào)控與還原過程研究.pdf

1、氧化石墨烯(GO)是石墨烯的重要衍生物,常被用作制備石墨烯基材料的初始材料,也常用于組裝制備石墨烯基宏觀體材料。因此認識并控制GO的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),對促進石墨烯的研究與應(yīng)用具有重要的意義。本論文通過調(diào)節(jié)GO水溶膠的pH值,成功實現(xiàn)了對GO片層的尺寸篩選及表面化學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)的調(diào)控;并采用氣液界面自組裝法成功制備了結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)可控的氧化石墨烯薄膜(GOM);在此基礎(chǔ)上探索了前驅(qū)體溶液pH值對GOM還原過程的影響。取得的主要成果包括:

2、r>　　(一)實現(xiàn)對GO片層尺寸、表面化學(xué)以及電化學(xué)性質(zhì)的調(diào)控。
　　通過精確調(diào)控GO水溶膠的pH值,利用不同pH值下溶液的H+/OH-作用于GO表面的含氧官能團,使之質(zhì)子化和去質(zhì)子化或者發(fā)生氧化還原,從而實現(xiàn)對GO片層的尺寸選擇、表面化學(xué)性質(zhì)的調(diào)控以及電化學(xué)活性的優(yōu)化。本工作中GO水溶膠在pH值為9時展現(xiàn)出最優(yōu)的電化學(xué)性能。
　　(二)實現(xiàn)GOM結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)的調(diào)控,并對其機理進行研究。
　　采用氣液界面自組裝法

3、成功制備了結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)可調(diào)的GOM,并對其調(diào)控機理進行研究。結(jié)果表明,通過調(diào)節(jié)水溶膠pH值,可以實現(xiàn)GOM表面化學(xué)性質(zhì)調(diào)控。OH-與GO片層表面的羧基進行反應(yīng)改變GO的表面化學(xué)性質(zhì);過量的OH-將與環(huán)氧基團進行化學(xué)反應(yīng),進一步實現(xiàn)GO的去氧化。
　　(三)實現(xiàn)GO和GOM電化學(xué)傳感性能的優(yōu)化。
　　GO修飾的玻碳電極可作為H2O2傳感器,最低檢測限為29.28μmol/L;GOM修飾電極可作為pH值傳感器,對pH值的響

4、應(yīng)曲線為V=-0.05pH+0.443(V代表電極上的氧化峰電位,單位V)。
　　(四)實現(xiàn)GOM還原并保持其膜結(jié)構(gòu)完整性。
　　分別采用HI、水合肼蒸汽以及300℃熱處理成功地實現(xiàn)GOM的還原,并保持其完整的薄膜結(jié)構(gòu)。改變pH值可實現(xiàn)GOM在還原過程中官能團的選擇性去除,酸性條件有助于-OH的移除,堿性條件有助于-COOH的移除。其中HI還原酸性條件下制得的GOM經(jīng)還原后可獲得高導(dǎo)電率、良好機械性能的石墨烯薄膜,使得GOM