高分子-石墨烯復(fù)合材料的制備、表征及性能研究.pdf

1、二維晶體石墨烯自被發(fā)現(xiàn)以來一直是碳材料研究的熱點，加上其出色的電學(xué)、熱力學(xué)、機(jī)械性能更為各類材料的研究帶來新突破，但由于石墨烯片層間的π-π相互作用使石墨烯易于在溶劑中聚沉，不利于分散，這樣也給石墨烯在各方面的應(yīng)用帶來不小限制。本研究以石墨烯為研究對象，利用其共軛結(jié)構(gòu)的特征，采用非共價和共價的方法對石墨烯進(jìn)行功能化修飾，制得了幾種不同的高分子石墨烯復(fù)合材料，使石墨烯在溶劑中的分散性能得到有效改善，為石墨烯的修飾進(jìn)行了新的嘗試。
　

2、　1、殼聚糖-石墨烯復(fù)合材料的制備、表征及性能研究
　　以殼聚糖和氧化石墨烯為原料，選用四種分子量的殼聚糖分別與石墨烯通過靜電引力作用發(fā)生非共價復(fù)合，超聲離心后得到了四種復(fù)合物3 kDa CS-rGO、5 kDa CS-rGO、10 kDa CS-rGO和200 kDa CS-rGO。通過FT-IR、TG、紫外、拉曼等手段對復(fù)合材料的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征，證明殼聚糖與石墨烯發(fā)生有效復(fù)合。FT-IR表征結(jié)果顯示在引入石墨烯共軛體系后

3、，復(fù)合材料中存在吸收峰波數(shù)減小的情況，根據(jù) XRD結(jié)果計算得復(fù)合后石墨烯片層面間距明顯增大，在TEM和FE-SEM電鏡圖中也明顯觀察到石墨烯的特征結(jié)構(gòu)。
　　復(fù)合材料在pH1.0~4.0范圍內(nèi)，均有較好分散性，pH2.0時，四種復(fù)合物的分散性達(dá)到最好效果。隨著pH值增加，復(fù)合材料分散性降低，有一定pH敏感性。在藥物緩釋性能測試中，以阿霉素為原料藥，采用動態(tài)透析法測得不同時間點各個殼聚糖和復(fù)合材料的藥物體外釋放量，由此來評價不同載體

4、的藥物緩釋性能。殼聚糖中3 kDa CS的緩釋效果最好，復(fù)合材料中3 kDa CS-rGO的緩釋性能最好，200 kDa CS在復(fù)合石墨烯前后藥物緩釋性能提高最大。
　　2、殼聚糖離子液體衍生物-石墨烯復(fù)合材料的制備、表征及性能研究
　　本章節(jié)中，利用咪唑離子液體與殼聚糖制得了溴化物鍵連殼聚糖離子液體衍生物，隨即用于修飾石墨烯，得到殼聚糖離子液體衍生物-石墨烯復(fù)合材料CILC-rGO。通過FT-IR、TG、紫外、XRD等技術(shù)

5、，對所得復(fù)合材料進(jìn)行了表征。F T-IR和紫外表征證實在反應(yīng)過程中，原料氧化石墨烯被還原，且復(fù)合材料中保持了CILC的原有官能團(tuán)，通過TG表征也可求算出復(fù)合材料中rGO的含量。
　　殼聚糖衍生物的烷基鏈長度發(fā)生改變時，得到的殼聚糖衍生物的吸水能力以及吸水后的狀態(tài)不同，分為水溶液和水凝膠狀態(tài)。在與石墨烯復(fù)合后，復(fù)合材料在水中均有良好分散性。在同樣碳鏈長度的情況下，不同接枝率的殼聚糖衍生物與石墨烯的產(chǎn)物分散性能也不盡相同，48％1,6

6、-CILC-rGO的最大分散程度更大。對各個樣品的藥物緩釋性能也進(jìn)行了相應(yīng)探究。
　　3、非共價咔唑基共軛高分子-石墨烯復(fù)合材料的制備、表征及分散性能
　　本章節(jié)設(shè)計制備了三種結(jié)構(gòu)單元不同的咔唑基共軛高分子(P1、P2、P3)，分別非共價鍵修飾石墨烯制得三種產(chǎn)物P1-rGO、P2-rGO和P3-rGO。通過多種手段對所得材料進(jìn)行了表征。根據(jù) TG表征計算得復(fù)合材料中 rGO的含量可以判斷三種間隔基團(tuán)的高分子修飾石墨烯的能力，

7、紫外結(jié)果表明P1-rGO在四氫呋喃中的分散性良好，符合Lambert-Beer定律，TEM中觀察到在不同間隔基團(tuán)的作用下，石墨烯在高分子表面的形態(tài)也不相同。
　　由于三種高分子不同尺寸的間隔基團(tuán)，三種復(fù)合材料的分散效果也不同。P1-rGO的分散性最好，可以1.5 mg/mL分散到THF、DMF和DMSO中，說明在三個共軛高分子中，含四苯乙烯基團(tuán)的P1與石墨烯間復(fù)合作用更強，這不僅與其大π共軛體系有關(guān)，更與其扭曲的構(gòu)型產(chǎn)生的較大位阻

8、密不可分。通過對高分子結(jié)構(gòu)的調(diào)控，可得到石墨烯含量不等的復(fù)合材料，這為石墨烯復(fù)合材料的制備提供了一條新思路。
　　4、共價咔唑基共軛高分子-石墨烯復(fù)合材料的制備、表征及分散性能
　　以咔唑基共軛高分子為原料，利用NaH的強堿作用獲得咔唑氮負(fù)離子高分子中間體的同時，再與石墨烯發(fā)生親核反應(yīng)制得以共價鍵結(jié)合的咔唑基共軛高分子-石墨烯復(fù)合材料。利用紅外光譜、熒光光譜、紫外可見光譜、XRD、T G、FE-SEM及TEM等對復(fù)合材料進(jìn)行