石墨烯复合纳米材料的制备与性质

论文摘要

随着纳米科技的迅猛发展,兼有多种材料特性的纳米复合材料显示出其极大的魅力,是目前纳米材料研究的热点。石墨烯具有优异的电学、热学和力学性能,石墨烯基纳米复合材料可望在改性高分子聚合物、异相催化、生物传感器和储氢材料等领域获得广泛应用。本文围绕石墨烯表面修饰、石墨烯基纳米复合材料的组装开展研究,并对所设计合成的复合材料性质与应用进行了初步的探索,具体的研究内容如下：1.石墨烯基聚丙烯腈（GO/PAN）复合纳米纤维的快速电纺制备在石墨烯与有机高分子材料复合的研究中,我们基于静电纺丝技术,提出了一种简单、快速地制备氧化态石墨烯／聚丙烯腈（GO/PAN）复合纳米纤维的新方法。通过该方法制备的GO/PAN复合纳米纤维中,GO完全包裹于纳米纤维内部,并卷曲为纳米管状。热重分析表明,与单纯的PAN纳米纤维相比,复合纳米纤维的热稳定性有了显著的提高。同时,由于GO与PAN之间存在着强相互作用,复合纳米纤维在原溶剂中的溶解度大大降低。另外,GO/PAN纳米纤维可进一步还原为石墨烯复合纳米纤维。此方法可有效避免复合纳米纤维中石墨烯的团聚,确保石墨烯在纳米纤维内的分散状态,为制备石墨烯基复合纳米纤维提供了一种可行的方法。2.高分散金纳米粒子负载的石墨烯复合材料（Au-GOSH）制备新方法在石墨烯与无机纳米颗粒材料复合的研究中,我们提出了一种两步合成石墨烯-金纳米颗粒（Au-GOSH）复合材料的新方法。该方法所制备的石墨烯-金纳米颗粒复合材料中,AuNPs均匀地负载于巯基修饰的氧化态石墨烯表面,避免了颗粒的团聚,而且粒径均一,平均粒径为3nm。此方法可简便地调控纳米颗粒的尺寸、形态及负载密度。电化学研究表明,在碱性条件下Au-GOSH复合材料对氧气还原的催化效果优于AuNPs及石墨烯本身。氧气在Au-GOSH修饰电极上的还原过程为2电子转移过程。

论文目录

• 目录
• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料与纳米复合材料
• 1.1.1 纳米材料
• 1.1.2 纳米复合材料
• 1.2 碳纳米材料
• 1.2.1 碳纳米管复合材料
• 1.2.1.1 碳纳米管
• 1.2.1.2 碳纳米管/无机复合材料
• 1.2.1.3 碳纳米管/有机复合材料
• 1.2.2 石墨烯复合材料
• 1.2.2.1 石墨烯
• 1.2.2.2 石墨烯/无机复合材料
• 1.2.2.3 石墨烯/有机复合材料
• 1.3 本论文的研究目的
• 参考文献
• 第二章 静电纺丝制备氧化态石墨烯复合纳米纤维
• 摘要
• 2.1 前言
• 2.1.1 静电纺丝复合纳米纤维
• 2.1.2 静电纺丝的基本原理
• 2.1.3 碳复合纳米纤维材料
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器与试剂
• 2.2.1.1 试剂
• 2.2.1.2 仪器
• 2.2.2 氧化态石墨烯的制备及剥离
• 2.2.3 纺丝原液的配制
• 2.2.4 静电纺丝制备GO/PAN
• 2.2.5 复合纳米纤维的还原
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 形貌表征
• 2.3.2 电镜表征
• 2.3.3 还原过程对形貌的影响
• 2.3.4 溶解度
• 2.3.5 Raman表征
• 2.3.6 TGA表征
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 高分散金纳米颗粒-石墨烯复合材料的制备与表征
• 摘要
• 3.1 前言
• 3.1.1 金纳米颗粒
• 3.1.2 石墨烯-金纳米颗粒复合材料的合成方法
• 3.1.2.1 一步法合成石墨烯-金纳米颗粒复合材料
• 3.1.2.2 两步法合成石墨烯-金纳米颗粒复合材料
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器与试剂
• 3.2.1.1 试剂
• 3.2.1.2 仪器
• 3.2.2 高氧化程度的氧化态石墨烯（HGO）的制备及剥离
• 3.2.3 巯基修饰的石墨烯（GOSH）的制备
• 3.2.4 金纳米颗粒（AuNPs）的制备
• 3.2.5 石墨烯-金纳米颗粒（Au-GOSH）复合材料的制备
• 3.2.6 石墨烯-金纳米颗粒（Au-GOSH）复合材料修饰电极的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 光谱表征
• 3.3.1.1 IR
• 3.3.1.2 Raman
• 3.3.2 形貌
• 3.3.3 氧气的电催化还原
• 3.3.3.1 循环伏安（CV）扫描
• 3.3.3.2 RDE
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 附录
• 致谢