石墨烯的功能化改性及應(yīng)用研究.pdf

1、石墨烯具有獨特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在材料科學(xué)、電子科學(xué)、生物醫(yī)藥、催化劑載體等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景，受到了廣泛的關(guān)注。然而，石墨烯相互間存在較強(qiáng)的范德華作用力使其不能在溶劑中穩(wěn)定分散，與其他材料的相容性也不好，容易再次層疊在一起難以打開，這是制約石墨烯研究和應(yīng)用的一個主要障礙。因此，對石墨烯進(jìn)行改性以提高其在溶劑中的分散性及與其他材料的相容性，具有十分重要的理論和現(xiàn)實意義。迄今為止，已經(jīng)報道了多種改性石墨烯的方法，一般可劃

2、分為非共價鍵改性和共價鍵改性兩大類。共價鍵改性不僅能提高石墨烯在溶劑中的分散性以及與其他材料的相容性，化學(xué)官能團(tuán)的引入也賦予了石墨烯新的性能，擴(kuò)大了石墨烯的應(yīng)用范圍。本文通過原子轉(zhuǎn)移氮氧自由基偶合(ATNRC)反應(yīng)和單電子轉(zhuǎn)移活性自由基聚合(SET-LRP)反應(yīng)制備了線性聚合物共價改性的石墨烯材料；以聚合物修飾的石墨烯為載體，將胰蛋白酶固定在石墨烯的表面得到可溶性的固定化酶，建立了微波輔助靶上酶解的新方法，成功實現(xiàn)了痕量蛋白質(zhì)在靶板上快

3、速酶解，取得了良好的實驗結(jié)果。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.通過氧化石墨烯表面羧基的酯化反應(yīng)可將HTEMPO活性基團(tuán)引入到氧化石墨烯的表面，同時將氧化石墨烯還原，進(jìn)而可以與Br封端的聚合物通過原子轉(zhuǎn)移氮氧自由基偶合(ATNRC)反應(yīng)連接起來，制備聚合物共價改性的石墨烯。該方法拓展了graft onto方法共價改性石墨烯的范圍，可將通過ATRP方法合成的Br封端的聚合物共價接枝到氧化石墨烯的表面。利用該方法我們制備了聚苯乙烯共價改

4、性的石墨烯(Graphene-g-PS)，由于聚苯乙烯的共價接枝，使得Graphene-g-PS在氯仿、正己烷、甲苯、甲醇等有機(jī)溶劑中具有很好的分散性，有利于石墨烯的進(jìn)一步應(yīng)用。
　　 2.通過graft from方法制備了聚合物共價改性的石墨烯，先通過疊氮化反應(yīng)將SET-LRP引發(fā)集團(tuán)共價接枝在石墨烯表面，進(jìn)而引發(fā)單體tBMA聚合，從而得到聚合物共價接枝改性的G-PtBMA。可以通過控制疊氮鹽的濃度來控制石墨烯表面SET-LR

5、P引發(fā)集團(tuán)Br的量，進(jìn)而控制聚合物鏈段的接枝率。對G-PtBMA的Raman、1H NMR、TEM、AFM、和TGA等表征均證明PtBMA鏈段已共價接枝到石墨烯的表面。由于PtBMA鏈段的共價接枝，G-PtBMA在極性溶劑中的分散性能大大提高，有利于后續(xù)的石墨烯應(yīng)用研究。
　　 3.通過先用聚賴氨酸(PCL)和聚乙二醇(PEG)來修飾氧化石墨烯，再固定胰蛋白酶的方式得到酶固定探針。進(jìn)而研究其在微波輔助水解牛血清蛋白和肌紅蛋白方面