石墨烯的制备、功能化及应用

石墨烯自发现以来,以其独特的结构和优越的性能,吸引了物理、化学、材料学等各领域的关注,成为当前研究热点之一.介绍了石墨烯的制备方法,并比较各种方法的优劣性.探讨了石墨烯的共价和非共价功能化方法.评述了石墨烯在生物医学及其他领域中的应用.     

单层边缘功能化石墨烯的制备和表征

为探讨石墨烯的氧化过程,以浓硫酸、高锰酸钾和双氧水作为氧化剂,通过部分边缘氧化剥离石墨得到了单层边缘氧化石墨烯(SLMGO),用定量硼氢化钠还原得到了单层边缘功能化石墨烯(SLMFG).使用FT-IR、SEM、TEM、XRD和XPS等手段表征了SLMGO和SLMFG结构和形貌.结果表明:边缘功能化的单层石墨烯较深度氧化的多层石墨烯,能更好地保持层状平面结构.基于好的共轭程度,边缘功能化的石墨烯光电性能将更好.     

功能化氟化石墨烯增强水和基础油的摩擦学性能研究

目的 研究兼具超薄二维层状结构和优异润滑性能的功能化氟化石墨烯作为液体润滑剂添加剂的摩擦学性能。方法 通过混合碱高温处理氟化石墨制备得到亲水性的氧化氟化石墨烯(OFG),而后利用三氯十八烷基硅烷修饰OFG得到亲油性OOFG;通过SEM,TEM,AFM研究了OFG和OOFG的微观形貌特征和片层厚度,使用XPS,XRD和拉曼光谱等分析了OFG和OOFG的化学组成、表面基团等。结果 将OFG和OOFG分别作为水和液体石蜡油添加剂后的摩擦学测试表明OFG作为水的添加剂可有效改善其润滑性能,其中OFG在水中的添加量为10 mg/mL时,摩擦系数降低了61.78%,磨损体积减小了64.28%;将OOFG作为液体石蜡油的添加剂能够达到有效的抗磨效果,当OOFG在液体石蜡油中的添加量为5 mg/mL时,摩擦系数降低了15.38%,磨损体积减小了71.44%。结论 OFG以及OOFG纳米片在实际摩擦过程中可在金属表面形成保护膜,减弱摩擦副的直接磨损,最终有效改善水和液体石蜡油的润滑性能。     

氧化石墨烯的性能及其在脱盐中的应用

目前,世界范围内的淡水资源短缺已经引起了人们的关注,同时也促进了相关领域的快速发展.其中,利用膜技术对海水及苦咸水进行脱盐在该领域具有良好的发展前景.氧化石墨烯(GO)是近些年来研究最广泛的材料之一,具有二维特征的亲水和疏水孔道结构,能够实现水分子的快速运输,是理想的膜分离材料,通过将氧化石墨烯掺杂到常用的脱盐膜基质以...     

功能化石墨烯对海洋环境中细菌群落结构及生长的影响

功能化石墨烯因其优异的导电、传热和机械性能,应用前景广阔.为了解功能化石墨烯对海洋环境可能的生态毒性效应,其分别加入近岸海水(终质量浓度50mg/L)和沉积物(终质量分数50mg/kg)中,模拟海洋环境对样品培养2周,并采用DNA高通量测序技术分析功能化石墨烯对海洋细菌群落结构的影响.结果表明功能化石墨烯对两种海洋环境来源的细菌物种组成均有明显影响,但效果不同:暴露于功能化石墨烯后,海水中细菌的物种多样性和丰度降低,而沉积物中细菌的物种多样性和丰度升高,这可能是功能化石墨烯在海水和海洋沉积物中分散、吸附和团聚等环境行为存在差异所致.然而,在两种海洋环境来源的处理组中,功能化石墨烯的存在均对光合细菌(蓝细菌门)的生长起促进作用.上述结果可为功能化石墨烯的海洋生态安全性评估提供参考.     

功能化石墨烯复合材料在电化学免疫传感器中的应用

石墨烯应用于新型免疫传感器的开发已成为当前研究热点.将石墨烯与其它纳米材料复合,利用不同组分间的相互协同作用,使其应用效率进一步扩大.本文综述了近年来石墨烯复合材料在电化学免疫传感器中的应用,并展望了未来基于石墨烯复合材料的电化学免疫传感器的研究方向.     

石墨烯冷涂锌防腐涂料的制备及性能

 采用硅烷偶联剂对氧化石墨烯进行改性后制备了表面功能化石墨烯,并以此功能化石墨烯制备了稳定分散的石墨烯浆料。将此浆料与溶解好的树脂液、预分散好的锌粉浆料混合,制备了石墨烯冷涂锌涂料。通过盐雾试验、接触角试验及电化学测试,确定了石墨烯在涂料体系中的最佳添加量。对石墨烯冷涂锌涂料的性能进行了全面测试,结果显示,涂层耐盐雾时间达到2500 h,是相同厚度热浸锌涂层的2倍以上。     

非共价功能化石墨烯负载纳米铂的电催化氧还原

采用乙二醇微波辅助还原方法,制备了1,10-邻二氮杂菲非共价功能化石墨烯负载的铂纳米颗粒(Pt/Phen-G),并用SEM和XRD对其形貌和结构进行了表征.研究结果表明,铂颗粒均匀分散在1,10-邻二氮杂菲非共价修饰的石墨烯表面,粒径大约为2.3 nm,明显小于石墨烯上直接沉积的Pt纳米颗粒(Pt/G)的2.8 nm.硫酸中的循环伏安曲线也表明,Pt/Phen-G有更大的电化学活性表面积.用旋转圆盘电极对Pt/Phen-G和Pt/G电催化氧还原进行了测试,发现Pt/Phen-G催化氧还原的电位有所正移;在0.5 V(Vs.Ag/AgCl)电位下,当转速为1 225 r/min时,Pt/Phen-G的质量活性是Pt/G的1.4倍.     

1,2-萘醌-4-磺酸钠功能化石墨烯复合水凝胶的制备及其电化学性能

以1,2-萘醌-4-磺酸钠(NQS)、氧化石墨烯(GO)、多孔氧化石墨烯(HGO)为原料,基于水热反应制备功能化石墨烯水凝胶(F-GH)和功能化多孔石墨烯水凝胶(F-HGH),通过调控NQS的添加量得到不同N QS负载量的F-G H.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪等对材料的形貌与结构进行表征;通过循环...     

石墨烯作为润滑油添加剂在高温工况下的摩擦学性能

为了探究石墨烯作为润滑油添加剂在高温工况下摩擦学性能和抗黏着性能,采用四球摩擦磨损试验机对添加石墨烯的基础油进行摩擦磨损实验。用XRD对石墨烯进行表征,用基础油和添加不同质量分数的石墨烯润滑油进行对比。结果表明:在润滑油中添加石墨烯能显著提高摩擦副在高温工况下的摩擦学性能和抗黏着性能。在质量分数为0. 03%时,其摩擦系数约降低22. 5%,磨斑直径约减少48. 9%,抗黏着时间约增加44. 9%。     

双弯曲对称石墨烯纳米带的热电性质

运用非平衡格林函数方法,研究了双弯曲对称石墨烯纳米带结构中的电子和声子输运规律．研究结果表明：两种双弯曲对称石墨纳米带对应的ZT值可以远大于相应理想石墨纳米带对应的值;同时发现,两种双弯曲对称石墨纳米带对应ZT的最大值非常敏感地依赖于其散射区的长度和宽度的变化．     

荧光石墨烯量子点的制备及应用

由于具有独特的量子限域和边界效应,石墨烯量子点（GQDs）碳基纳米材料表现出特殊的性质和诸多潜在应用. 文中概括了近年来在制备GQDs方面的研究进展,包括利用水热、电化学和化学氧化等把大片石墨变为GQDs的方法,以及利用含碳有机小分子为前驱体,通过溶液化学、超声波和微波等方法来使碳原子重组制得GQDs的方法. 同时,介绍了GQDs在成像技术、生物传感和电化学分析等领域的应用情况. 最后指出,由于GQDs的发光机理还是一个开放性的课题,因此结合GQDs制备方法来研究其发光性质,将是未来该领域的研究重点.     

梯子形石墨烯纳米条带输运性质的研究

在紧束缚近似下,采用Green函数和Landauer-Büttiker公式计算了梯子型石墨烯纳米条带的电子输运性质。结果表明,随着阶梯数的增加,梯子型石墨烯纳米条带电导峰以0.0 eV为中心发生对称分裂,中心电导峰减小直至消失;随着阶梯间间隔变大,电导峰减小。通过数值计算,揭示了该新型石墨烯结构电子输运的物理机制,为基于石墨烯的新器件的设计和优化提供理论指导。     

重离子辐照下石墨烯力学性能的分子动力学研究

利用分子动力学方法研究了不同剂量的碳离子辐照石墨烯产生损伤后对其拉伸力学性能的影响, 包括应力?应变曲线、杨氏模量以及拉伸强度等。入射离子能量为1 keV, 入射剂量分别为2.00×10¹³, 6.01×10¹³, 1.00×10¹⁴ and 2.00×10¹⁴cm^-2。结果表明, 离子辐照后产生了单空位缺陷、双空位缺陷及复杂缺陷等, 这些缺陷对石墨烯的力学性能产生了显著影响, 如剂量为2.00×10¹³cm^-2时, 石墨烯中只存在两个单空位缺陷, 但与完美石墨烯相比, 杨氏模量却从780.19 GPa减小到128.77 GPa, 拉伸强度也从161.81 GPa变为30.85 GPa, 并且缺陷个数越多, 力学性能越差。另外, 对辐照导致样品变形以及断裂的物理机制也进行了讨论。     

磁场调制下单层石墨烯势垒结构的隧穿特性

利用传递矩阵方法,在多方势垒基础上,采用渐近手段,研究了单层石墨烯不同势垒结构(方势垒和劈形势垒)的隧穿特性,结果发现势垒形状影响隧穿特性.对于2种形状的势垒结构,无论是透射系数还是平均电导率,既展现出相同的特点,又有明显不同之处.通过比较透射系数与平均电导率,得出各自的特点,为实际设计纳米器件提供理论基础.     

功能基化聚丙烯酸甲酯固定青霉素G酰化酶的性质

采用肽键法将青霉素G酰化酶固定在功能化的聚丙烯酸甲酯上得固定化酶 ,其最适pH为8.2,最适反应温度为70℃ ,该固定化酶在pH6～10和40℃以下非常稳定 ,表观米氏常数为1.48×10-2mol/L,最大反应速度为5.09mmol/s.33℃下水解质量分数为5 %的青霉素G,使用63次,酶活力保留79.4 %.在4℃的湿润状态下贮藏25d,酶活力保留97.6 %.     

石墨烯复合材料在葡萄糖生物传感器中的应用

研究合成了石墨烯/聚苯胺/纳米金复合材料,并对该材料进行了红外表征,构建葡萄糖氧化酶/石墨烯/聚苯胺/纳米金/Nafion膜修饰丝网印刷电极的一次性酶生物传感器并用于葡萄糖的测定,结果令人满意。     

空位缺陷对单层石墨烯薄膜拉伸力学性能的影响

采用Tersoff势对完美的和含空位缺陷的单层石墨烯薄膜的单向拉伸力学性能进行了分子动力学模拟,分别研究了单个单原子空位缺陷和单个双原子空位缺陷对扶手椅型和锯齿型石墨烯拉伸力学性能及变形机制的影响.研究结果表明,单原子空位缺陷和双原子空位缺陷对扶手椅型和锯齿型石墨烯薄膜的杨氏模量没有影响,但在一定程度上降低了拉伸强度和拉伸极限应变.单原子空位缺陷和双原子空位缺陷使拉伸强度降低幅度最高达8.10%和6.41%,并大幅度降低极限应变.缺陷对石墨烯的拉伸变形破坏机制也有一定的影响.在外载作用下,新的缺陷的萌生位置均出现在空位缺陷附近.     

硼酸钙/氧化石墨烯复合微粒的制备及摩擦学性能研究

以硼砂、硝酸钙和氧化石墨烯为原料利用水热技术制备硼酸钙/氧化石墨烯复合微粒.利用透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)和能谱(EDS)对硼酸钙/氧化石墨烯复合微粒形貌、结构及磨痕表面进行表征.将复合微粒用油酸修饰并添加到液体石蜡中,利用四球摩擦试验机分析其摩擦学性能,结果表明:复合微粒添加剂具有良好的减摩抗磨性能.