石墨烯/有机共轭体系的光热效应与应用

本文对近几年来石墨烯/有机共轭体系在光热效应领域取得的重要研究进展进行了总结评述。虽然有机光热试剂具有优异的光热转换效率和良好的生物相容性,但是,有机光热试剂的光稳定性差,限制了其实际应用。现有研究结果表明,石墨烯可显著地增强有机共轭体系的光稳定性,大幅提高其光热转换效率。此外,石墨烯/有机共轭体系还可集多种功能于一体,例如:光声成像指导下的光热治疗、pH响应的荧光成像和光热治疗、光热和光动力联合治疗等,这对有机共轭体系在光热治疗领域的应用具有重要意义。本文总结的研究结果及所作的分析,希望对新型有机共轭体系的光热效应及后续研究起到一定的参考和促进作用。     

电位调控制备还原氧化石墨烯的电催化性能研究

本文通过控制电位还原氧化石墨烯,可控制备不同含氧官能团的石墨烯纳米材料。以多巴胺、[Fe(CN)_6]~(3-)、NADH为电活性探针,研究了石墨烯表面含氧官能团、缺陷、表面荷电性质以及导电性等对石墨烯电催化性能的影响。研究发现,低还原程度的氧化石墨烯表面含有大量缺陷和丰富的官能团,能够促进多巴胺自催化反应,也有利于K_3[Fe(CN)_6]在电极表面的电子转移;随着氧化石墨烯还原程度提高,其导电性逐渐得到改善,且其表面官能团和缺陷位点数量逐渐减少,对NAD~+的吸附变弱,因而能促进NADH发生电催化氧化。     

基于氧化石墨烯的锂硫电池用聚乙烯隔膜的改性

通过简单刮涂法制备了氧化石墨烯(GO)涂覆改性的聚乙烯(PE)隔膜,并分析研究了GO的氧化程度对隔膜电学性能的影响。采用X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电实验、多硫化物透过性测试和交流阻抗等方法对GO及其改性隔膜的结构和性能进行了研究。结果表明:GO改性隔膜可以抑制锂硫电池的"穿梭效应";并且既具有较高的氧化程度,又具有较高的导电性的GO-4改性隔膜的电学性能最优;引入该隔膜的锂硫电池在0.2C条件下,首圈放电比容量为900.0mA·h/g,高于未改性PE隔膜的763.2mA·h/g。     

N掺杂C包覆Li_4Ti_5O_(12)锂离子电池负极材料的制备与性能

以TiO2和Li2CO3分别作为钛源和锂源,聚苯胺(PANI)作为碳源和氮源,通过球磨辅助高温固相法合成N掺杂C包覆Li4Ti5O12.通过X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、元素分析仪(EA)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)等对材料的结构和形貌进行了表征,并将合成材料制成电极片组装成扣式电池,测试其电化学性能.结果显示,钛源的处理对样品的性能有影响,通过对TiO2预包覆合成的N掺杂C包覆Li4Ti5O12具有优异的电化学性能,在碳、氮源的包覆比例(PANI与Li4Ti5O12的质量比)为5%时效果最佳:1C放电时其比容量为157.6mA·h/g,20C放电时其比容量仍可达到119.6mA·h/g;在10C充放电循环100次后,其比容量保持率为97.8%,表明N掺杂C包覆Li4Ti5O12具有优异的倍率性能和循环稳定性.     

电化学联用表面等离子体共振光谱法对苯胺电化学聚合过程的研究

采用双光电池传感器作为检测器件,设计并构建了新型表面等离子体共振( SPR)光谱仪,在一定范围内实现了SPR角度的快速测量。将此SPR光谱仪与电化学工作站联用,构建了电化学联用-时间分辨SPR ( EC-TR-SPR)光谱仪,以聚苯胺电化学制备过程为研究体系,验证了此EC-TR-SPR光谱仪的特性。同时通过对聚苯胺膜的暂态电化学方法测试(计时电流法和差分脉冲法),考察了仪器的时间分辨能力及其响应速度,验证了此仪器系统在小分子反应动力学以及稳态和暂态电化学联用方法研究中的应用价值。实验结果表明,此SPR光谱仪具有高的时间分辨能力,其时间分辨率可达0.1 ms;对聚苯胺膜的暂态电化学测试结果表明,此联用技术可实时监测SO2-4在聚苯胺膜中的掺杂和去掺杂过程,而单纯的电化学电流-时间曲线无法区分。     

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.     

氧化石墨烯与Si-P低聚物在环氧树脂中的协同阻燃作用

采用Hummers方法制备了氧化石墨烯(GO),并通过扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对GO微观形貌进行了表征.详细研究了GO与硅磷低聚物(DMS-DOPO)在环氧树脂(EP)力学性能和阻燃性能中的协同作用.万能材料试验测试结果表明,GO和DMS-DOPO分别对拉伸强度和断裂伸长率提高效果明显,二者协同后,可使EP拉伸强度和断裂伸长率分别提高17.1%和42.2%.采用热重分析(TG)、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、锥型量热(CONE)和SEM对EP及其阻燃材料的热性能、燃烧性能以及炭层微观形貌进行了表征.EP/DMS-DOPO/GO在600℃残留量为EP的5.2倍,比EP/DMS-DOPO和EP/GO分别提高4.4%和208.6%.EP/DMS-DOPO/GO的LOI值大于30,并能通过UL-94 V-0级别,燃烧过程中可形成内部结构疏松多孔、外表面致密的膨胀炭层.DMS-DOPO和GO协同后使EP热释放速率峰值由1154 k W·m-2降低到710 k W·m-2,总烟释放量降低30%.     

高密度聚苯胺纳米线阵列的制备及在紫外探测器中的应用研究

基于p型半导体与n型半导体间的特殊p-n结效应可有效提高紫外探测器的紫外光敏性能,研究了高密度p型聚苯胺(PANI)纳米线阵列的制备方法,及其与n型单晶硅片组装为具有p-n结效应的高性能紫外探测器的方法.采用旋涂煅烧法在单晶硅片表面制备了二氧化锰层,研究了以其为种子层制备高密度聚苯胺纳米线阵列的方法,并考察了不同制备条件对聚苯胺形貌的影响,揭示了聚苯胺纳米线阵列的形成机理.结果表明,利用二氧化锰种子层对溶液中苯胺的氧化作用,可优先在二氧化锰层表面形成聚苯胺纳米粒子,然后再向溶液中加入另一氧化剂过硫酸铵(APS),可使聚苯胺纳米粒子沿垂直于衬底方向进一步生长,从而制得了分布均匀的高密度p型聚苯胺纳米线阵列.利用p型聚苯胺纳米线阵列与n型单晶硅片间特殊的p-n结效应,构筑了性能优良的紫外探测器,对紫外光响应速度快、恢复时间短、稳定性好.当外置偏压为0 V时,光电流可达9.2×10-8A;且随外置偏压提高,光电流强度大大增强,当外置偏压提高至5 V时,光电流可达3.2×10-5A,比0 V时提高了约1000倍.     

石墨烯负载Pt催化剂的制备及催化氧还原性能

采用直接化学还原法, 以金属钠为还原剂, 四氯乙烯为碳源, 在石蜡油中不经氧化石墨(GO)和氧化石墨烯(GrO)而直接制备石墨烯(Gr), 然后将Pt纳米粒子担载在Gr基体上, 得到Pt/Gr催化剂, 并对其催化氧还原(OR)性能进行了研究. 通过X射线衍射(XRD), 透射电镜(TEM)和电化学测试对合成催化剂的结构、形貌和电化学性质进行了表征. 实验结果表明: 所制备的Pt/Gr催化剂具有较好的分散性, 平均粒径为3.1 nm; 氧还原起始电位比商业JM-Pt/C催化电极正移了24 mV; 交换电流密度达到1×10^-3 mA·cm^-2, 是商业JM-Pt/C催化电极的2.5倍.     

两种方法制备的磷酸铁锂/石墨烯复合材料的性能对比

以FeSO₄·7H₂O、NH₄H₂PO₄、H₂O₂、Li₂CO₃、C₆H₁₂O₆和自制的氧化石墨烯(GO)为原料,分别采用原位包覆法和非原位包覆法制备了石墨烯磷酸铁锂样品:LiFePO₄/C/G-1和LiFePO₄/C/G-2。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、交流阻抗(EIS)和充放电测试研究了两种包覆方法制备的样品的晶体结构、形貌和电化学性能。结果表明原位法包覆所得复合材料LiFePO₄/C/G-1具有更优秀的电性能:在2.5~4.1V充放电,0.1C和1C首次放电比容量分别为158.15和150.5mAh·g^-1,在1C倍率下循环500次后容量保持率达到98.3%。