氧化石墨烯-納米氧化物雜化材料的制備及其高分子復(fù)合材料的應(yīng)用研究.pdf

1、納米材料因其獨(dú)特的性能廣泛應(yīng)用于傳感器、催化、光電器件等領(lǐng)域。而采用不同納米粒子制備的納米雜化材料不僅兼有兩種及以上納米粒子的優(yōu)異性能，還可以彌補(bǔ)單一納米粒子在性能上的不足。因此納米雜化材料的出現(xiàn)為拓寬納米材料的應(yīng)用和獲得高性能功能材料提供了一個(gè)有效途徑。
　　氧化石墨烯（Graphene oxide，GO）作為石墨烯衍生物，不僅具有優(yōu)異的機(jī)械、光等物理性能，表面大量羥基、羧基、環(huán)氧基等含氧官能團(tuán)的存在還使GO具有很好的結(jié)構(gòu)可調(diào)控

2、性、親水性和化學(xué)活性。因此，GO常作為支撐材料與多種金屬、無機(jī)非金屬等納米粒子通過氫鍵作用、靜電相互作用等形成納米雜化材料。
　　本論文以探索GO負(fù)載納米氧化物雜化材料的制備，以及雜化材料對(duì)復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)和性能的調(diào)控為目的，利用GO和納米氧化物之間的相互作用制備了GO@SiO2和GO@Cu2O兩種納米雜化材料，研究了GO@SiO2對(duì)聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol，PVA）機(jī)械性能和聚偏氟乙烯（Polyvinylid

3、ene fluoride，PVDF）介電性能的影響;同時(shí)，研究了在GO@Cu2O納米雜化材料中GO的引入以及不同實(shí)驗(yàn)條件對(duì)Cu2O形貌和光催化性能的影響。得到以下研究成果:
　　(1)利用GO表面含氧官能團(tuán)和SiO2表面羥基之間的相互作用，通過溶液共混的方法成功將SiO2負(fù)載于GO表面制備了GO@SiO2雜化材料。并通過微觀形貌和結(jié)構(gòu)表征發(fā)現(xiàn)SiO2分布于GO表面或片層間，可以有效剝離GO，并阻止GO團(tuán)聚。將GO@SiO2加入PV

4、A中能有效改善GO和SiO2在基體中的分散，通過GO和SiO2之間的協(xié)同作用還可以得到同時(shí)增強(qiáng)增韌的PVA/GO@SiO2復(fù)合材料。
　　(2)采用溶液共混和熔融共混兩步混合的方法制備了PVDF/GO@SiO2復(fù)合材料。通過表征材料的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，GO在加工過程中會(huì)發(fā)生部分還原，GO與PVDF之間存在較強(qiáng)的相互作用，能有效誘導(dǎo)PVDF的β晶體的生成，使PVDF/GO復(fù)合材料的介電常數(shù)有很大的提高。而在PVDF/GO@SiO2復(fù)合材

5、料中，由于GO和SiO2之間強(qiáng)的相互作用，SiO2可以促進(jìn)GO在基體中的剝離和分散，使PVDF生成更多β晶體。此外，絕緣SiO2還能阻礙部分還原的GO在基體中形成導(dǎo)電通路，最終使得PVDF/GO@SiO2復(fù)合材料具有較大介電常數(shù)的同時(shí)維持較小的介電損耗。
　　(3)利用GO表面帶負(fù)電可以吸附帶正電金屬陽離子的特點(diǎn)，通過原位還原的方法成功制備了GO@Cu2O納米雜化材料。通過晶體結(jié)構(gòu)和微觀形貌的表征發(fā)現(xiàn)GO可以影響Cu2O的成核生長(zhǎng)

6、機(jī)理，使Cu2O從多邊形單晶向球形多晶體轉(zhuǎn)變。其次，反應(yīng)時(shí)間、Cu2+濃度、GO表面官能團(tuán)數(shù)量也能影響Cu2O的成核，從而影響GO@Cu2O中Cu2O的尺寸和數(shù)量。此外，GO@Cu2O納米雜化材料較單獨(dú)的Cu2O顆粒對(duì)亞甲基藍(lán)(Methylene blue，MB)有更好的光催化降解效果。這主要是由于GO具有很大的比表面積和載流子遷移速率，不僅使雜化材料更易吸附有機(jī)染料，還能使光生電子快速轉(zhuǎn)移到GO表面，延長(zhǎng)電子壽命，最終得到光催化性能更