氧化石墨的表面功能化及其應(yīng)用.pdf

1、石墨烯具有單原子厚度的二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)，由于其具有優(yōu)異的電傳導(dǎo)性、熱傳導(dǎo)性和力學(xué)性能，可以廣泛應(yīng)用在傳感器、納米電子學(xué)、聚合物增強(qiáng)材料和超級(jí)電容器等領(lǐng)域。常用的制備方法有機(jī)械剝離、化學(xué)氣相沉積、外延生長(zhǎng)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(rèn)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(xué)還原來(lái)制備石墨烯。本論文采用葡萄糖、乙二胺和對(duì)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(jī)械性能增強(qiáng)的聚乙烯醇納米復(fù)合材料。選擇共價(jià)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(lái)改善G-graphene與聚乙烯醇的相容性。當(dāng)PVP修飾的石墨烯(G-P-graphene)的含量為0.7 wt％時(shí)，聚乙烯醇納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)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(xué)性能的增加是因?yàn)镚-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(qiáng)烈的氫鍵作用共同作用的結(jié)果。
　　 (2)采用乙二胺作為還原劑，通過簡(jiǎn)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(yīng)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(yīng)。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(jī)制。還原過程中所需要的電子來(lái)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(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。
　　 (3)用對(duì)苯二胺作為還原修飾劑，通過簡(jiǎn)單水回流的方法得到對(duì)苯二胺還原修飾的石墨烯(GO-PPD)。反應(yīng)原理同樣是對(duì)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(yīng)。還原后得到的GO-PPD膜的電導(dǎo)率高達(dá)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(fù)合制備得到的納米復(fù)合材料的導(dǎo)電逾滲閾值低達(dá)～0.34 vol％，復(fù)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(fù)合，得到聚碳酸酯基導(dǎo)電復(fù)合材料

6、。采用間歇式超臨界CO2發(fā)泡技術(shù)制備聚碳酸酯/石墨烯導(dǎo)電復(fù)合泡沫材料;同時(shí)研究了發(fā)泡條件（發(fā)泡時(shí)間、飽和壓力和飽和溫度）對(duì)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(jié)果表明GO-PPD在聚碳酸酯基體中具有良好的分散