石墨烯在甘油/尿素剥离液中的稳定行为的分子动力学模拟研究

现有的实验方法很难实时观测到石墨烯在液相剥离溶剂中的结构演变, 尤其是石墨烯稳定的微观机理尚不明确. 本工作通过分子动力学方法, 模拟了多层石墨烯和U型石墨烯在不同的物质的量比下的甘油/尿素溶剂中的结构变化, 研究剥离液对石墨烯稳定性的影响. 结果表明, 多层石墨烯在不同溶剂体系中的稳定性差异不显著; 而U型石墨烯在各溶剂体系的稳定性有明显差异, 且稳定能力为: 纯甘油>甘油/尿素(2/1)>甘油/尿素(3/1)>甘油/尿素(1/1). 这说明石墨烯在剥离溶剂中的稳定性与石墨烯的剥离状态有关. 通过溶剂分布发现, 尿素能够进入石墨烯层间, 增加石墨烯层间距; 同时, 甘油能够与尿素形成氢键, 随尿素进入石墨烯层间, 进一步增大层间距, 从而形成稳定的单层或多层受限二元溶剂分子层. 受限溶剂分子层对剥离的石墨烯存在排斥作用, 从而为石墨烯在甘油/尿素二元剥离液中的长期稳定提供了保障.     

基于离子液体的石墨烯及其复合物制备的研究进展

石墨烯需求量日益增加,有关其制备方法的研究已有大量文献报道.咪唑类离子液体与石墨烯间的特殊作用,使得离子液体参与制备石墨烯成为很有潜力的方法.本文对离子液体参与石墨烯及其复合物制备的研究进展进行了综述.在论述了制备机理的基础上,系统总结了离子液体参与的各种制备方法,评判了各种方法的优缺点,重点关注了离子液体在其中所起的作用,指出了最有潜力的离子液体应具备的结构特点,对开发基于离子液体的石墨烯及其复合物制备方法的研究具有一定的指导作用.     

石墨烯的纳米摩擦与磨损性质

采用乙醇溶剂剥离的方法制备石墨烯. 通过对溶剂温度、超声时间、超声功率和溶剂离心速度及时间的控制, 从高定向热解石墨(HOPG)制备得到少层石墨烯. 用原子力显微镜(AFM)研究了云母基底上不同层数石墨烯在真空中的纳米摩擦过程, 发现从约4 个原子单层(4 ML)起, 摩擦系数基本不再变化, 但摩擦力仍随着厚度的增加而显著减小, 7 ML之后, 其摩擦系数基本接近于零. 在磨损实验中, 少层石墨烯表面存在刮坏的现象,且不同厚度的石墨烯的磨损现象明显不同, 其中2 ML石墨烯相比4 ML石墨烯表现出较好的耐磨损性能, 且不具有摩擦方向依赖性. 测试了真空下少层石墨烯和云母表面的粘附力, 发现不同层厚的石墨烯相差不大, 因此认为基底效应并不是磨损性质差异的主要原因. 相对于单层石墨烯, 少层石墨烯在抗磨损涂层等领域有着很大的潜在应用价值.     

液相剥离石墨烯的电化学传感应用

石墨烯是一种新型二维碳材料,其比表面积大、导电性好、催化活性高、吸附能力强,是构筑高性能电化学传感器的理想材料。相对于石墨烯常用的氧化还原制备方法而言,液相剥离法具有过程简单、可控性强、高效环保以及对石墨烯结构破坏小等特点,在电化学传感领域备受关注。基于本课题组及国内外学者近年来的相关工作,本文重点综述了三种液相剥离石墨烯制备方法的原理,包括超声剥离、液相球磨剥离和电化学剥离,以及他们在电化学传感中的应用进展,并对未来研究进行了展望。     

咪唑基离子液体非共价修饰的石墨烯结构与分散性

在离子液体氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑(AmimCl)存在的条件下,利用水合肼对氧化石墨烯进行同步还原,制备了一种可稳定分散在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和乙酸丁酯等有机溶剂中的离子液体改性石墨烯(IL-G)。运用红外光谱(FTIR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、热失重分析(TGA)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)、X射线电子衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对制备的改性石墨烯进行结构性能测试,结果表明离子液体AmimCl与石墨烯之间存在π-π和阳离子-π的相互作用,能较好的吸附在石墨烯表面。TGA测试表明IL-G中离子液体的比例约为7.20wt%。同时,AFM结果显示改性石墨烯剥离在DMF中的平均厚度是0.962 nm。由于非共价改性石墨烯可再分散于DMF和乙酸丁酯中,通过紫外可见吸收光谱测得其最大分散浓度分别是1.69 mg·mL-1和1.12 mg·mL-1。     

离子液体的进展——绿色制备及在环境修复中的应用研究

近年来,离子液体由于其独特的性能在实验室和工业领域得到广泛研究,并展示出良好的应用前景.同时,一系列离子液体绿色制备技术被开发设计出来,极大地改变了离子液体的研究面貌.本文综述了离子液体的绿色制备及在环境修复中的应用进展.离子液体的绿色合成主要途径有,原子经济性反应、绿色原材料合成、绿色溶剂合成、化工过程强化技术及计算机辅助设计,表现出合成效率高、产品质量好、废物产生量少、能耗低、合成条件温和等特点.离子液体的绿色制备不仅使离子液体更加丰富多彩,而且使其"从头到脚"成为一种绿色溶剂和绿色功能材料.离子液体在环境修复的典型特点和独特优势表现在:在水体修复方面,具有分离效率高、不产生二次污染、耗材少等特点;在土壤修复中,可以有效削弱污染物质在土壤中的毒性;在大气修复中,在消除污染物的同时,有时可以实现其资源化利用.展望了离子液体在绿色制备和环境修复的未来发展趋势.     

季铵盐改性氧化石墨烯的制备及其性能研究

本论文采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),并将氧化石墨烯用十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)进行修饰,得到1227非共价改性的氧化石墨烯(GO-1227)。用拉曼光谱、漫反射红外光谱分析、X-射线光电子表面能谱技术表征了其化学结构;用X-射线衍射分析、扫描电子显微镜与透射电子显微镜观察了其剥离情况和微观形貌;分析了它们在不同溶剂中的分散性。结果表明,季铵盐改性后,1227阳离子通过静电作用插入到GO片层之间,使GO片层进一步剥离,且在极性较弱的有机溶剂中的溶解性增加。热失重分析表明,GO-1227的初始分解温度提高了约70℃。将GO-1227与聚甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯的嵌段共聚物(PMMA-b-PS)凝胶聚电解质复合,制备了纳米复合凝胶聚合物电解质(NGPE),并用交流阻抗法测试其电性能,发现占聚电解质总质量2‰的GO-1227可以将其离子电导率提高8.6倍。     

功能型单层石墨烯的热剥离法制备及其超电容性能

以氧化石墨(GO)作为前驱体,在两种不同热剥离温度下制备了两类功能型单层石墨烯.其中第一类功能型单层石墨烯通过在较低温度及空气气氛下热剥离GO制备;第二类功能型单层石墨烯通过在氮气保护下高温热剥离GO得到;利用氮气吸附-脱附方法测定了两类样品的比表面积,利用电化学测试方法分析了其超电容性能.结果表明,通过低温热剥离的方式即可以有效剥离GO;两类样品均具有较高的BET比表面积.低温热剥离GO所制备的功能型单层石墨烯在2 mol/L KOH体系中的最大比电容值约为220 F/g;而通过高温热剥离GO所制备的功能型单层石墨烯虽然同样具有较高的BET比表面积,但其最大比电容值下降至约150 F/g.这表明通过低温热剥离GO所制备的功能型单层石墨烯具有更优异的超电容性能.     

低共熔溶剂在绿色有机合成中的应用

自1991年"绿色化学"的概念被提出以来,溶剂的绿色化一直备受关注.在过去的二十年时间里,离子液体得到长足发展,但是随着研究的不断深入,离子液体的部分弊端也慢慢浮现.在最近几年兴起了一种新型的低熔点混合物溶剂——低共熔溶剂.与传统离子液体相比,低共熔溶剂制备简单、价格便宜、均具有生物可降解性,因此被用来作为一种新型绿色溶剂.近年来,低共熔溶剂在绿色有机合成中的应用受到了越来越多的应用.本文重点从低共熔溶剂在环化反应、取代反应、加成反应、多组分反应以及酶催化反应等方面的应用讨论近几年来低共熔溶剂的研究进展,并对其发展趋势进行展望.     

基于对氨基苯磺酸重氮盐功能化制备亲水性磺化石墨烯的研究

石墨烯作为一种二维蜂窝状的纳米材料,以优异的热学、电学、机械性能以及潜在的应用前景受到人们的广泛关注.然而,石墨烯片与片之间存在范德华力,使其在分散液中容易发生团聚,极大限制了它的应用.为了充分发挥其优良性质,必须对石墨烯进行功能化,以制备高浓度稳定分散的石墨烯分散液.本文采用对氨基苯磺酸重氮盐与机械剥离法制备的石墨烯片(GS)表面共价键合,从而制备出亲水性磺化石墨烯(GS–SO_3H).通过对改性石墨烯片进行傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重(TG)及X射线光电子能谱(XPS)等表征,证明了磺酸基团在石墨烯表面接枝,所得的改性石墨烯纳米片容易分散在各种极性溶剂中,同时改性后的石墨烯保持了良好的电化学性能,为其在电化学领域的应用提供了更多的应用与可能.     

基于溶剂剥离石墨烯修饰电极高灵敏测定阿昔洛韦

本文以N,N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为剥离溶剂,制备石墨烯悬浮液,通过挥发溶剂,成功制得一种剥离石墨烯薄膜修饰电极,并利用透射电镜和扫描电镜对制得的剥离石墨烯的结构及形貌进行了表征。实验研究了阿昔洛韦在该修饰电极上的电化学行为,发现剥离石墨烯对阿昔洛韦的氧化有显著的增敏效应,极大地提高了阿昔洛韦的氧化信号。通过考察pH值、石墨烯用量、富集时间等参数对阿昔洛韦氧化信号的影响,最终建立了一种新的高灵敏检测阿昔洛韦的电化学分析方法,方法线性范围为2.5~300nmol/L,检出限为1.0nmol/L。将此新方法用于对阿昔洛韦注射液和片剂样品分析,测定结果与高效液相色谱法一致。     

新型室温离子液体六烷基胍盐的制备及性质

近年来 ,离子液体 (IL)作为“绿色”溶剂受到学术和工业界的关注 .英国 BP公司和法国的 IFP等研究机构从 2 0世纪 80年代起就开始探索离子液体作为溶剂与催化剂的可能性 ,至今在离子液体体系中已实现了许多催化反应 [1～ 5] .室温离子液体 (RTIL S)是指在常温下呈液态的熔盐体系 .通常由烷基吡啶或双烷基咪唑季铵阳离子与氯铝酸根、氟硼酸根及氟磷酸根等阴离子组成 .在季铵盐类离子液体中 ,咪唑盐的合成和应用研究尤为突出 .目前 ,对于既可作为溶剂又可作为催化剂的室温离子液体的合成和应用已成为研究热点 [6 ] ,如室温离子液体 [EMI…     

类石墨烯二硫化钼及其在光电子器件上的应用

由单层或几层二硫化钼构成的类石墨烯二硫化钼(graphene-like MoS₂)是一种具有类似石墨烯结构和性能的新型二维(2D)层状化合物, 近年来以其独特的物理、化学性质而成为新兴的研究热点. 本文综述了近年来类石墨烯二硫化钼常见的几种制备方法, 包括以微机械力剥离、锂离子插层和液相超声法等为主的“自上而下”的剥离法, 以及以高温热分解、水热法等为主的“自下而上”的合成法; 介绍了其常用的结构表征方法, 包括原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和拉曼光谱等; 概述了类石墨烯二硫化钼的紫外-可见(UV-Vis)吸收、荧光发射等基本光物理性质及其相关机理; 总结了类石墨烯二硫化钼在二次电池、场效应晶体管、传感器、有机电致发光二极管和电存储等光电子器件领域的应用原理及其研究进展, 展望了这类新型二维层状化合物的研究前景.     

低共熔溶剂在萃取分离中的应用

随着绿色化学的不断发展,如何在分析过程中应用和体现绿色化学特点,避免分析过程对环境产生二次污染及对人员造成危害也得到了关注。开发和使用具有绿色化学特点的溶剂和方法是分析工作者努力的方向之一。在已经出现的新溶剂中,低共熔溶剂(DES)与离子液体(ILs)物理性质相似,并具有环境友好、不可燃、生物降解、价廉、易制备等特点,因而近几年来获得了迅速发展。该文总结了低共熔溶剂的制备、性质及分类,综述了近年来其在萃取和分离中的应用进展。     

对氨基苯酚在石墨烯-离子液体复合物修饰电极上的电化学行为研究

使用石墨烯(Graphene,GR)和离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM] PF6)作修饰剂,通过壳聚糖(CHIT)成膜,制备了石墨烯-离子液体复合物修饰电极([BMIM] PF6 - GR - CHIT/GCE).在0.1 mol/L磷酸盐缓冲液中,采用循环伏安和微分脉冲伏安法研究了对氨基苯酚在[...     

Br(o)nsted酸性离子液体催化异丁醛和叔丁醇缩合反应

考察了Br(o)nsted酸性离子液体同时作为溶剂和催化剂催化异丁醛和叔丁醇缩合制备 2,5-二甲基-2,4-己二烯的反应性能.结果表明,Br(o)nsted酸性离子液体具有良好的催化性能,反应后反应产物与离子液体自动分层易分离,离子液体经过真空干燥处理后可以作为溶剂和催化剂循环使用.调变离子液体中的阳离子或阴离子的结构对催化性能有较大的影响.     

助溶剂在离子液体催化制备5-羟甲基糠醛中的应用

本文研究了不同助溶剂对酸性离子液体催化制备5-羟甲基糠醛的(HMF)的影响.以果糖为反应原料,二甲基亚砜(DMSO)、二甲基乙酰胺(DMA)、二甲基甲酰胺(DMF)以及乙二醇(EG)四种不同的有机溶剂作为助溶剂,运用酸性离子液体催化制备5-羟甲基糠醛.结果表明:以DMSO作为反应助溶剂,38.5wt%的果糖反应液在催化...     

离子液体-非极性溶剂微波提取法在人参化学成分研究中的应用

以离子液体作为微波吸收介质建立了离子液体-非极性溶剂微波提取法,对人参中的化学成分进行了提取,并将该法与固体微波吸收介质-非极性溶剂微波提取法、极性溶剂微波提取法以及混合溶剂微波提取法进行了对比.结果表明,极性溶剂提取的主要化学成分为极性化合物,而固体微波吸收介质-非极性溶剂微波提取法与离子液体-非极性溶剂微波提取法相比,提取所得的化学成分并无明显差别,说明离子液体是一种较好的微波吸收介质和能量传递材料.所建立的方法具有提取时间短、操作简单及绿色环保等优点,且对后期分析无明显影响,是快速提取化学成分的理想方法.     

细菌纤维素在室温离子液体中的溶解性能

研究了细菌纤维素(BC)在绿色溶剂1-烯丙基-3-甲基氯代咪唑室温离子液体中的溶解行为,通过偏光显微镜观察了BC在此离子液体中的溶解过程,热失重(TGA)和红外光谱(FT-IR)测试了再生前后BC的性能,探索了BC在离子液体中溶解、再生的可能性和可行性.结果表明:离子液体是BC的优良溶剂,对BC的溶解属于直接溶解,不发生其他的衍生化反应;再生后BC的热稳定性变好,且离子液体可回收利用.     

聚合离子液体固载石墨烯复合物的制备及固相萃取有机磷农药的研究

利用1-乙烯基-3-己基咪唑溴盐与氧化石墨烯之间的静电吸引力,将其附着于氧化石墨烯表面,然后经聚合、还原,制备了聚合离子液体-石墨烯复合材料,用SEM、FT-IR、UV-vis等对复合材料进行了表征.将聚合离子液体-石墨烯复合材料用于固相萃取(Solid-phase extraction,SPE)的吸附剂,结合高效液相色谱,研究了此吸附剂对环境水样中4种有机磷农药的萃取性能.对影响SPE效率的参数(吸附剂量、上样体积、上样流速、洗脱剂和洗脱剂体积)进行了优化.在优化条件下,杀螟松、对硫磷、倍硫磷和辛硫磷在5～200 μg/L有良好的线性关系,相关系数(R2)为0.9908～0.9995.将本方法用于环境水样中有机磷农药的测定,加标回收率在80.0％～ 110.0％之间,RSD＜4.5％ (n=3).结果表明,与石墨烯相比,聚合离子液体-石墨烯复合材料作为SPE吸附剂,能降低萃取过程中的团聚现象,对目标物的萃取效能更高;本方法可用于环境水样中有机磷农药残留的测定.