利用石墨烯調(diào)控功能材料的結(jié)構(gòu)及性能.pdf

1、近年來，基于石墨烯的復(fù)合物、復(fù)合膜，以及利用石墨烯合成納米材料成為研究熱點(diǎn)。石墨烯/MnO2復(fù)合物將石墨烯的導(dǎo)電性能和MnO2的催化性能集于一身，調(diào)節(jié)復(fù)合物中MnO2的形貌是提高復(fù)合物催化性能的一種方法。
　　在本文中，我們通過改變水熱反應(yīng)條件，以氧化石墨烯(graphene oxide，GO)為模板、KMnO4和MnSO4為前驅(qū)體調(diào)控GO/MnO2復(fù)合物中MnO2的形貌，得到GO納米片/γ型MnO2納米花球復(fù)合物。分布在GO納米

2、片的面上和邊上的MnO2納米花球的橫向尺寸約300-500 nm，由厚度為20 nm左右的MnO2納米片堆積而成。GO/MnO2復(fù)合物對亞甲基藍(lán)(methylene blue，MB)的降解具有最快的催化速率，150s時(shí)達(dá)到對MB的完全降解。GO/MnO2復(fù)合物超快的催化速率主要是由于GO和MnO2之間的協(xié)同效應(yīng)所致，GO納米片不僅為MB的吸附提高了較大的比表面積，而且還作為電子轉(zhuǎn)移的載體，加快MB的氧化分解。
　　超薄MnO2空心

3、納米球(ultrathin MnO2 hollow nanoballoons，UMHNBs)具有高界面原子比率，有望優(yōu)化性能。由于很難控制晶胞濃度，其合成是一個(gè)難題。本文以單層GO為還原劑、KMnO4為氧化劑，深入分析Hummers法制備GO過程中KMnO4被還原的機(jī)理，通過KMnO4與GO反應(yīng)、瞬間冷凍干燥一步合成直徑大約為30-500 nm、殼厚度為3.7 nm、由五層[MnO6]晶胞以δ-MnO2形式堆積而成的UMHNBs。UMH

4、NBs具有到目前為止最高的催化活性，單位質(zhì)量的催化劑降解的MB質(zhì)量為7.69 mg/mg，是文獻(xiàn)報(bào)道的最大值的15倍，且多次催化后催化效率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好。
　　石墨烯/聚合物復(fù)合膜不但提高了石墨烯的穩(wěn)定性，還將石墨烯的導(dǎo)電性能、機(jī)械性能與聚合物的柔性相結(jié)合。但是，如何實(shí)現(xiàn)石墨烯在聚合物分子中的均勻分布是提高復(fù)合膜性能的首要難題。本文研究了GO和聚氯乙烯(poly vinylchloride，PVC)的分散行為，制備穩(wěn)定的GO/P

5、VC混合液。然后優(yōu)化還原劑[抗壞血酸(ascorbic acid，AA)、硼氫化鈉(NaBH4)、水合肼(N2H4·H2O)、氫碘酸(HI)]、還原順序及制膜方式（先制膜后還原、先還原后制膜），實(shí)現(xiàn)了rGO在PVC基質(zhì)中的均勻分布，獲得了兼具機(jī)械強(qiáng)度和柔性的rGO/PVC復(fù)合膜。
　　本論文利用GO納米片構(gòu)建大比表面催化劑、改善聚合物體系性能，基于膠體與界面科學(xué)深化了對GO和功能材料的認(rèn)識(shí)，為基于GO的分子組裝和催化等領(lǐng)域的應(yīng)用提