石墨烯和氧化石墨烯的表面功能化改性

石墨烯和氧化石墨烯由于特殊的电子、光学、力学性能已成为当今科学研究的热点.重点综述了近年来石墨烯和氧化石墨烯的表面功能化改性研究进展.首先介绍了石墨烯、氧化石墨烯的基本结构与性质.然后将表面功能化分为非共价键结合改性、共价键结合改性和元素掺杂改性.非共价键结合的功能化改性分为四类：π-π键相互作用、氢键作用、离子键作用以及静电作用.共价键结合的功能化改性分为四类：碳骨架功能化、羟基功能化、羧基功能化和环氧基功能化.元素掺杂改性分为N、B、P等不同元素的掺杂功能化.总结了石墨烯、氧化石墨烯基体与改性分子的相互作用和反应类型,以及改性产物的性能与应用.最后对石墨烯和氧化石墨烯在表面功能化改性方面的发展前景作了展望和预测.     

基于纳米氧化锌-还原氧化石墨烯的分子印迹光电化学传感器测定土霉素

利用水热法合成了纳米氧化锌-还原氧化石墨烯（rGO）复合材料,采用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射和X射线光电子能谱确定此复合材料的价态结构。以ZnO-rGO作为光电化学传感器的光电转换材料,以土霉素（OTC）为模板分子,通过电聚合OTC和吡咯（Py）的方法构建分子印迹光电化学传感器。将聚吡咯（PPy）膜中的OTC洗脱后,在PPy膜中留下OTC的特异性“印迹孔穴”,从而可对OTC选择性识别。在优化的条件下,此传感器的光电流变化值与OTC浓度（0.1～200 nmol/L）的对数值具有良好的线性关系,检出限为0.05 nmol/L(S/N=3)。采用此传感器对市售牛奶和蜂蜜中的OTC进行测定,回收率为95%～107%。     

氧化石墨烯在氧化锌衬底上的电化学还原及其光电性能

采用阳极电泳法,在氧化锌(ZnO)衬底上沉积氧化石墨烯(GO)以形成GO-ZnO双层复合膜;采用阴极恒电位法,对复合膜上的GO进行还原。对不同还原时间的GO,通过X射线光电子能谱(XPS),傅里叶变换红外(FTIR)光谱,场发射扫描电子显微镜(FESEM)等手段对其结构变化进行表征,采用紫外-可见(UV-Vis)分光光度法和电化学测试手段对其能级演变进行考察,并对两者的对应关系进行了讨论。研究发现,当GO膜达到最大还原态后,随还原时间增加还会出现进一步的结构转变,并最终碎裂生成边缘羧基增多的小尺寸GO。GO能隙均减小至可见光范围,其能级位置及半导体极性也产生了不同的改变。由对复合膜的光电化学测试可见,除1800 s GO能级不再与ZnO匹配外,60 s到600 s GO-ZnO复合膜均可作为阳极光电极进行太阳光电转换。对光电性能差异的讨论则可得,GO膜碎裂造成叠层形貌向无序形貌的转变有利于光电转换性能的提升。     

氧化石墨烯薄膜的光电化学性质

用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO), 在质子化的氧化铟-氧化硒导电玻璃基片上制备了静电自组装薄膜, 通过紫外-可见光谱和扫描电镜对薄膜进行了表征并研究了薄膜的光电化学性质. 结果表明, GO薄膜是一种稳定的光电阴极材料, 在光强为100 mW/cm²的白光照射下, 偏压为－0.4 V时, 0.1 mol•L^－1的Na₂SO₄溶液中薄膜电极的光电流密度达3.72 μA/cm².     

电化学法制备部分还原氧化石墨烯薄膜及其光电性能

提供了一种快速制备氧化石墨烯(GO)薄膜的方法, 并通过调节GO薄膜的含氧量来调控其能级结构.采用阳极电泳及阴极电化学还原联用的方法在F掺杂SnO₂(FTO)导电玻璃上制备出不同层数及含氧量的GO薄膜, 并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见(UV-Vis)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱及电化学分析对样品进行表征. 用20-350 s 不同时间电泳沉积得到层数约为77-570层的GO薄膜. 经过不同时间阴极还原的GO薄膜的禁带宽度为1.0-2.7 eV, 其导带位置及费米能级也随之改变. GO作为p型半导体, 与FTO导电膜之间会形成p-n 结, 在光强为100 mW·cm^-2的模拟太阳光照射下, 电泳300 s 且电化学还原120 s时GO薄膜阳极光电流密度达到5.25×10^-8 A·cm^-2.     

氧化石墨烯和石墨烯在催化领域中的应用研究进展

石墨烯具有独特的二维平面结构,其导电性能好,比表面积大,耐酸碱,耐高温.基于石墨烯的优异特性,本文作者从材料的合成和结构等方面对石墨烯基催化剂的研制及其催化性能进行了评述.介绍了石墨烯催化体系的类型和机理,对石墨烯催化中存在的问题进行了简单分析,并对石墨烯在催化领域的应用前景进行了展望.     

二步电沉积法制备Au/氧化石墨烯复合薄膜作为SERS基底

采用二步电沉积方法在Ti片表面制备了Au-氧化石墨烯（Au-GO）复合薄膜,通过XRD、SEM、XPS等对薄膜的组成、结构和形貌进行了表征,并以罗丹明6G（R6G）为探针分子,对Au-GO/Ti基底的SERS活性进行了表征。结果显示,Au纳米颗粒尺寸约为60 nm,均匀、致密分布于GO表面,该基底显示出较高的SERS活性,对R6G分子的检测极限可达~10^-10 mol·L^-1,增强因子高达约10⁶,且基底显示出良好的稳定性,在冰箱中存放90 d后,SERS活性仅降低30%左右。     

二步电沉积法制备Au/氧化石墨烯复合薄膜作为SERS基底

采用二步电沉积方法在Ti片表面制备了Au-氧化石墨烯（Au-GO）复合薄膜,通过XRD、SEM、XPS等对薄膜的组成、结构和形貌进行了表征,并以罗丹明6G（R6G）为探针分子,对Au-GO/Ti基底的SERS活性进行了表征。结果显示,Au纳米颗粒尺寸约为60 nm,均匀、致密分布于GO表面,该基底显示出较高的SERS活性,对R6G分子的检测极限可达~10^-10 mol·L^-1,增强因子高达约10⁶,且基底显示出良好的稳定性,在冰箱中存放90 d后,SERS活性仅降低30%左右。     

氧化石墨烯/聚合物复合水凝胶的研究进展

氧化石墨烯是一种具有单原子厚度的二维材料, 具有优异的力学性能和良好的水分散性, 其表面有大量的含氧官能团. 将氧化石墨烯引入水凝胶体系中可以提高水凝胶的机械性能, 丰富其刺激响应的类型. 目前, 氧化石墨烯水凝胶在高强度、 吸附、 自愈合及智能材料等很多领域均有出色的表现. 氧化石墨烯水凝胶的研究已有10年的历史. 本文总结了氧化石墨烯水凝胶的制备方法, 归纳了智能氧化石墨烯水凝胶在光热响应、 pH响应和自愈合3个方面的响应机理和研究进展, 并综合评述了其在高强度水凝胶、 生物医学、 智能材料和污水处理等方面的应用前景.     

氧在振动球磨石墨上阴极还原动力学的研究

石墨具有很好的导电性和化学稳定性而被广泛地用作电极材料,细粉状石墨对氧的电化学还原表现出相当好的催化活性^[1],氧在碳上的还原机理已经有许多人进行过研究[2,3],本工作中利用在真空条件下高速振动制备了超细振动球磨石墨,并运用旋转盘环电极技术研究了氧在这种石墨上的电化学还原机理。     

射频溅射制备的多晶ZnO膜表面氧的吸附和脱附

多晶的六角密排的ｃ轴平行于衬底的ＺｎＯ膜已用射频溅射的方法制备出来，一电场感应的氧吸附在这些膜上被观察到由紫外光照射或与Ａｒ离子反应所产生的氧的脱附可使膜的电导率增加６－７个数量级，并且一个积累层在膜的表面显现出来。     

氧化石墨阳离子交换容量测定过程中结构的变化

氧化石墨(GO)结构层上的碳羟基(―C―OH)和边缘羧基(―COOH)在水介质中发生质子化反应解离出的H+具有阳离子可交换性。实验采用甲醛缩合法测量了GO的阳离子交换容量(CEC),用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱和X射线光电子能谱(XPS)分析测试手段对GO阳离子交换过程中间产物的结构变化进行了分析。结果表明,GO的CEC高达541.48 mmol/100 g。NH_4~+和Ca~(2+)交换后的GO,保持稳定的层状结构,c轴方向层间距分别增大了0.1499和0.2905 nm。NH_4+和Ca~(2+)主要以层间可交换阳离子形式存在于层间域中,并与水分子形成可交换水化阳离子层,部分以[NH_4(H_2O)_6]+和[Ca(H_2O)_6]_2+的形式存在于结构层的边缘附近,共同平衡结构层水解产生的负电荷。     

氧化铁在ZnO上分散的结构状态及其表征

采用（ＮＨ_４）_３［Ｆｅ（Ｃ_２Ｏ_４）_３］·ｘＨ_２Ｏ的水溶液含浸，Ｆｅ（ＮＯ_３）_３．９Ｈ_２Ｏ水溶液饱和浸渍（含浸）以及Ｆｅ（ＡｃＡｃ）_３的甲苯溶液热吸附三种方法制备了在ＺｎＯ上分散的氧化铁体系。用多种物理化学手段对用不同方法制备的分散体系进行了细致的表征，氧化铁在ＺｎＯ上形成单层分散是困难的。Ｆｅ~（３＋）一般进入到ＺｎＯ载体的表层，结构环境类似于ＺｎＦｅ_２Ｏ_４微晶中的Ｆｅ~（３＋），分散的Ｆｅ~（３＋）通常处于高自旋态，配位对称性并不是正交畸变。在ＺｎＯ上形成尖晶石的趋势最强。在亚单层铁含量范围内，通常形成表面ＺｎｘＦｅ_ｙＯ_ｚ。当铁含量超过单层阈值时，既生成ＺｎＦｅ_２Ｏ_４簇也有ＦｅＯ_ｘ簇存在。无论是ＦｅＯ_ｘ或ＺｎＦｅ_２Ｏ４簇还是表面的Ｚｎ_ｘＦｅ_ｙＯｚ，其Ｆｅ_（３＋）在实验温度范围内，很难被还原为零价铁，ＦｅＯ_ｘ较之Ｚｎ_ｘＦｅ_ｙＯ_ｚ物种难以还原且比体相ａ－Ｆｅ_２Ｏ_３中Ｆｅ~（３＋）要难还原得多。由热吸附法制得的ＦｅＯ_ｘ和ＺｎＦｅ_２Ｏ_４簇具有很低的催化活性，而由含浸法制得的表面Ｚｎ_ｘＦｅ_ｙＯｚ的反应性能有明显的改善。ＺｎＯ载体上不同含铁物种的反应性由Ｆｅ~（３＋）的还原性及是否存在活泼     

对浸入水或甲醇中的石墨氧化物的理论研究

采用密度泛函理论优化了含水和不含水的石墨氧化物的多种结构．当层间没有水分子时,优化的层间距在6A左右,小于6．5—7A的实验值．反之,含水石墨氧化物的层间距和实验值符合很好．基于优化的石墨氧化物结构,用分子动力学方法模拟了水或甲醇中的石墨氧化物．对于不含水的石墨氧化物,水和甲醇分子不进入其层间．而对于含水的石墨氧化物,液体分子进入层间,增大了层间距,半定量地重复了实验现象．     

氧化钛/氧化石墨纳米复合材料的制备、表征及性能

采用四氯化钛(TiCl₄)和氧化石墨为主要原料, 通过原位复合的方法制备了氧化钛/氧化石墨(TiO₂/GO)纳米复合材料. 采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪、X射线衍射(XRD)仪、热重-差热分析(TG-DTA)仪、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)等手段研究了TiO₂/GO纳米复合材料的结构和性能. 结果表明, 石墨在氧化过程中结构层键合大量含氧官能团, 部分含氧官能团进一步与纳米TiO₂以化学键结合; 复合后氧化石墨原有衍射峰消失. 将TiO₂/GO添加到水性聚氨酯(WPU)中, 制备了TiO₂/GO-WPU复合涂膜. 紫外吸收光谱表明, 随着氧化石墨含量的增加, 复合涂膜的紫外吸收能力增强, 当GO含量达到一定数值时, 涂膜的紫外吸收最强, 随着GO含量继续增加吸收又呈下降趋势, 存在一较优浓度值. TiO₂/GO的添加显著提高了聚氨酯涂层的抗紫外线性能, 耐磨损性能和热稳定性能.     

等离子体增强MOCVD法生长ZnO薄膜

利用等离子体增强MOCVD法生长出 ZnO薄膜，用X射线衍射谱观察到位于 2θ34．56°处（0002）的衍射峰，表明ZnO沿c方向呈柱状生长．通过荧光光谱，观察到来自于激子的高强度的近带边紫外光发射（375um）．紫外发射光强度与深能级复合发射光强度比高达 193，显示出材料的高质量，并通过原子力显微镜加以验证．为了实现高阻ZnO薄膜，利用高温富氧分段退火和用N2 气进行掺氮两种方法生长高阻ZnO薄膜．结果表明，电阻率由0．65 Ω·cm分别升高到1100 Ω·cm（分段退火）和5×104Ω·cm（掺氮）．进一步比较发现，掺氮的样品不仅电阻率高，而且光荧光特性好，显示出更高的薄膜质量．     

氧化石墨超声时间对三维还原氧化石墨烯结构及超级电容性能的影响

将氧化石墨凝胶超声不同时间制备氧化石墨烯(GO)溶胶,再以GO溶胶为前驱体采用一步水热法制备了三维还原氧化石墨烯(3DRGO),采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试等研究了不同超声时间对3DRGO的形貌、结构及超级电容性能的影响.结果表明,当超声时间不超过120 min时,经水热反应后还原氧化石墨烯均能形成稳定的三维结构,但随着超声时间的延长,三维结构尺寸不断减小,强度增加,样品的内部结构也由片状逐渐向多孔网状转化;当超声时间超过120 min时,还原氧化石墨烯虽具有网状结构,但在宏观上不利于形成稳定的三维结构.电化学测试结果表明,经不同超声时间所制备的还原氧化石墨烯均表现出较好的超级电容性能,其中超声时间为120 min时制备的3DRGO具有更均匀的多孔网状结构,表现出了最佳的超级电容性能,在1 A/g电流密度下其比电容可达328 F/g,即使在20 A/g的大电流密度条件下,其比电容仍可高达240 F/g.