乙醇胺功能化石墨烯的制备与表征

乙醇胺在温和条件下与氧化石墨烯反应, 然后经水合肼还原得到功能化的石墨烯. 干燥的功能化石墨烯经超声处理后, 可稳定分散于水、乙醇、丙酮和N,N二甲基甲酰胺(DMF)等溶剂中. 原子力显微镜(AFM)、透射电镜(TEM)分析表明功能化石墨烯平均厚度为3～4 nm. 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)对功能化石墨烯的结构分析表明: 乙醇胺与氧化石墨烯发生了化学反应, 并通过共价键连接到石墨烯的六元环上. TG结果表明功能化石墨烯的热稳定性比氧化石墨烯有所提高, 但低于还原氧化石墨烯.     

KH-570功能化石墨烯的制备与表征

采用Hummers法对天然石墨进行氧化处理制备了氧化石墨烯,通过γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷与氧化石墨烯反应得到功能化氧化石墨烯,然后在水合肼的作用下制备了功能化石墨烯。未烘干的功能化石墨烯在超声处理下,能稳定分散在体积比为9∶1(V/V)的乙醇/水、丙酮/水或N,N-二甲基甲酰胺/水的混合溶剂中。用傅立叶变换红外光谱、原子力显微镜、X射线光电子能谱及X射线衍射对样品结构、形貌进行了分析。结果表明,KH-570上的硅氧烷与氧化石墨烯上的羟基发生了反应,经水合肼还原后,功能化石墨烯的无序度增加,层间距也比功能化氧化石墨烯的缩小了。功能化石墨烯在DMF/水中呈高度剥离状态,片层厚度为1.1～2.3 nm。     

正丁基氯化镁还原氧化石墨烯的表征

采用元素分析、红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱、X射线衍射(XRD)、固体¹³C核磁共振波谱(¹³C MAS NMR)、热失重分析(TGA)、导电率测试以及原子力显微镜(AFM)等手段对正丁基氯化镁还原的氧化石墨烯进行了系统的表征. 结果表明, 正丁基氯化镁可以有效还原氧化石墨烯, 随着其用量的增加, 氧化石墨烯还原程度增加, 碳/氧摩尔比升高, 片层间距减小, 热稳定性增强, 导电率增大(可达3.6×10² S/m). 还原后部分氧化石墨烯片层发生聚集.     

功能化石墨烯/聚苯胺复合电极材料的制备和电化学性能

利用水合肼还原十八胺(ODA)接枝的氧化石墨烯(GO),得到了十八胺功能化石墨烯(ODA-G),将ODAG与聚苯胺(PANI)通过溶液共混法,制备了功能化石墨烯和聚苯胺纳米复合材料(ODA-G/PANI).采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、拉曼(Raman)光谱及透射电镜(TEM),对复合材料的结构和形貌进行了表征;利用循环伏安、恒流充放电及交流阻抗谱等,对复合材料的电化学性能进行了测试.结果显示,少量ODA-G的引入为PANI的电化学氧化还原反应提供了更多的电子通道和活性位置,有利于提高PANI的赝电容.在电流密度1.0 A·g-1下,2%(w)ODA-G/PANI的比电容达到787 F·g-1,而相应的PANI仅有426 F·g-1.此外,ODA-G/PANI的循环稳定性也远高于纯PANI.     

微波固相法快速制备氮掺杂石墨烯

以鳞片石墨为原料, 首先通过Hummers法制备氧化石墨, 再将洗涤至中性的氧化石墨分散液与乙二胺反应得到功能化石墨烯。干燥后的功能化石墨烯在微波辐照下能瞬间产生高热, 促使接枝的乙二胺分子分解并实现对石墨烯原位掺杂制备出氮掺杂石墨烯。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)对样品的形貌、结构和组成进行了表征。结果表明:该合成途径能成功实现对氧化石墨烯的还原和掺杂, 所合成的氮掺杂石墨烯呈现透明绢丝状结构。     

微波固相法快速制备氮掺杂石墨烯

以鳞片石墨为原料,首先通过Hummers法制备氧化石墨,再将洗涤至中性的氧化石墨分散液与乙二胺反应得到功能化石墨烯。干燥后的功能化石墨烯在微波辐照下能瞬间产生高热,促使接枝的乙二胺分子分解并实现对石墨烯原位掺杂制备出氮掺杂石墨烯。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)对样品的形貌、结构和组成进行了表征。结果表明:该合成途径能成功实现对氧化石墨烯的还原和掺杂,所合成的氮掺杂石墨烯呈现透明绢丝状结构。     

自由基反应诱导的溴功能化还原氧化石墨烯的制备

以氧化石墨烯(GO)为原料,N-溴代丁二酰亚胺(NBS)为溴代试剂,硫代硫酸钠为还原剂,通过羧基化、溴化和还原三步法,采用自由基反应的方式制备了溴功能化还原氧化石墨烯(rGOBr).通过X射线衍射、扫描电子显微镜、红外光谱、拉曼光谱以及X射线光电子能谱等手段对rGOBr的结构、微观形貌和元素组成进行了表征.结果表明,溴元素以共价键的形式分布在石墨烯表面.本方法原料来源广泛、操作简单且条件温和,为石墨烯的溴功能化提供了一条新途径.     

氧化石墨烯/聚甲基丙烯酸丁酯复合材料的热稳定性

采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂(KH550)对氧化石墨烯表面进行修饰,得到功能化氧化石墨烯(FGO),然后在引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)作用下,以甲基丙烯酸丁酯(BMA)为单体进行原位聚合反应,得到功能化氧化石墨烯/聚甲基丙烯酸丁酯(FGO/PBMA)复合材料.通过红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和热重分析(TGA)等手段对复合材料进行表征.结果表明,所制备的FGO/PBMA复合材料与聚甲基丙烯酸丁酯材料相比热稳定性显著提高,TGA结果显示,FGO/PBMA的最大失重区由PBMA的267℃升高到339℃,同时对反应机理进行了探讨.     

石墨烯薄膜的制备和结构表征

采用氧化还原法制备了石墨烯胶状悬浮液, 通过真空抽滤获得了石墨烯薄膜. 利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、拉曼(Raman)光谱、粒度分析和扫描探针显微镜(SPM)等研究了石墨烯薄膜制备过程中各阶段产物的晶体结构、粒度及分子光谱特征变化. FTIR分析结果表明, 石墨在氧化过程中结构层键合大量含氧官能团, 还原后结构层表面仍残存有部分稳定的含氧官能团. XRD结果表明, 石墨氧化后衍射峰向小角度偏移、宽化, 原有石墨峰消失. 在成膜过程中氧化石墨烯形成凝聚体,而石墨烯形成絮凝体. 粒度分析和SPM测试分析结果表明, 氧化石墨烯在水中粒径分布呈拖尾峰形, 分布范围较宽. 石墨烯在水中的粒径成单峰分布, 分布范围较窄、对称性较好且平均粒径较小. Raman测试结果表明, 石墨在氧化和还原过程中, D、G峰逐渐宽化, I_D/I_G逐渐增强, 样品无序度增加. 在以上分析的基础上对石墨烯制备过程的结构特征进行了归纳总结.     

一种可分散性石墨烯的制备

先通过γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)与氧化石墨反应得到改性氧化石墨, 再经水合肼还原制备了改性石墨烯. 未烘干的改性石墨烯经超声处理后, 可稳定分散于体积比为9∶1的N,N-二甲基甲酰胺/水或丙酮/水的混合溶液中, 而且在N,N-二甲基甲酰胺/水体系中超声得到的改性石墨烯分散液可在乙醇、丙酮中稳定存在. 采用红外光谱、X光电子能谱及X射线衍射分析等手段研究了KH-550改性氧化石墨及石墨烯的结构. 结果表明, KH-550上的氨基与氧化石墨的羧基反应生成了酰胺键, 与环氧基发生了加成反应, 干燥的改性石墨烯层间通过Si-O-Si键连接在一起.