离子液体在石墨烯绿色规模化剥离制备中的应用

石墨烯自被发现以来便因其良好的物理化学性能引起了极大的关注,而如何大规模、绿色地制备高品质的石墨烯至关重要.液相剥离法是一种有望实现石墨烯规模化绿色制备的方法.其中绿色溶剂离子液体(ionic liquids,ILs)辅助的石墨剥离非常值得关注,可得到单层和少层石墨烯,产率比早期使用的有机溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)高约两个数量级.本文先对目前液相剥离所用的各种溶剂进行了分类总结,在此基础上讨论了离子液体用于石墨烯剥离制备的实际应用,旨在为克服当前液相剥离法所面临的诸多挑战提供参考,以开发更高效绿色的剥离体系.     

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.     

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.     

石墨烯的功能化及其在储能材料领域中的应用

石墨烯是由sp~2杂化的碳原子紧密堆积成的单原子层二维碳材料,由于其优异的物理和化学性质被视为最有前景的新型材料之一。但由于石墨烯片层之间在范德华力的作用下易发生不可逆团聚,丧失其单层二维纳米片的结构特性,以及石墨烯表面呈现惰性状态,致使其与其他介质的相互作用较弱,难以均匀分散在极性或非极性的溶剂中,因而石墨烯的应用受到限制。对石墨烯进行功能化可以调控其分子结构、电子能级和化学性质,不仅可以有效抑制石墨烯的团聚而且能够改善其在溶剂中的分散性和稳定性,从而实现石墨烯基材料的多元化应用。本文综述了近年来共价键和非共价键功能化石墨烯以及其复合材料在储能领域的研究进展,并对功能化石墨烯的发展前景进行了展望。     

三维连续结构Li4Ti5O12/石墨烯纳米复合材料：制备和其锂离子电池超长循环性能

利用具有三维连续纳米孔结构的热剥离石墨烯为骨架制备Li4Ti5O12/石墨烯纳米复合材料。通过乙醇挥发法在热剥离石墨烯的纳米孔道内引入前驱物,进一步高温热处理,在热剥离石墨烯的孔道内原位形成Li4Ti5O12纳米粒子。利用复合材料作为锂离子电池电极材料。电化学反应过程中,热剥离石墨烯的三维连续结构确保了Li4Ti5O12纳米粒子与石墨烯在长循环过程中的有效接触。因此,复合材料表现出优异的循环稳定性。在5C下,5 000次循环后,其容量保持率高达94%。     

石墨烯/聚乙烯复合材料及其拉伸性能的分子动力学模拟

利用分子动力学方法,模拟石墨烯/聚乙烯复合材料的微观结构和性能,并采用单轴拉伸模拟方法研究石墨烯/聚乙烯复合材料的拉伸性能.结果表明,在石墨烯/聚乙烯复合材料平衡构型中,聚乙烯基体分子在石墨烯表面处形成多层吸附层,吸附层处于动态稳定状态,层内分子可以发生扩散迁移.吸附层内聚乙烯分子发生"吸附固化"现象,分子弯曲程度减弱,发生有序排列,且在垂直于石墨烯方向的运动性能受到抑制.拉伸模拟结果表明,石墨烯能够提高聚乙烯材料的拉伸性能.在弹性区和屈服区,石墨烯阻碍了复合材料在垂直于拉伸方向的压缩变形,聚乙烯分子"吸附固化"结构保持稳定,引起体系整体应力的迅速升高.在软化区,由于石墨烯发生剧烈弯曲,"吸附固化"结构发生破坏,最终引起体系应力迅速减小.在弹性区和屈服区,体系应变主要引起了非键相互作用的改变.在软化区之后,应变主要导致了体系内分子成键相互作用的改变.应变速率能够提高复合材料的屈服应力,而不改变复合材料应力应变的整体趋势.     

石墨烯/MoS2异质结的界面相互作用及其肖特基调控的理论研究

本文基于第一性原理方法,系统研究了外电场对石墨烯/MoS₂范德瓦耳斯异质结界面相互作用及其电子性质的影响.计算结果表明石墨烯和MoS₂之间通过微弱的范德瓦耳斯力结合形成异质结,石墨烯/MoS₂异质结的能带基本上是单层石墨烯和单层MoS₂能带结构的简单叠加并形成了N型肖特基势垒;由于异质结的石墨烯层的电子向MoS₂层转移,导致石墨烯表面带正电,MoS₂表面带负电,在异质结内部形成了方向由石墨烯指向MoS₂的内建电场.此外,对异质结施加不同强度的负电场时,体系的接触类型逐渐由N型肖特基接触类型转变为欧姆接触;对异质结施加不同强度的正电场时,体系的P型肖特基势垒呈降低趋势,体系的N型肖特基势垒呈现先缓慢升高再急剧下降的特点,在电场强度提高至5.0 V·nm^-1附近时,接触类型由N型肖特基接触转变为P型肖特基接触.此项工作将对相关二维场效应晶体管的设计提供参考.     

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。     

经典晶体生长理论在石墨烯CVD成核和连续生长中的应用

石墨烯由于具有奇异的电子性质而成为多个学科研究的热门材料,其在各个领域的潜在应用也逐渐被实现.而石墨烯工业化应用的前提之一是大面积高质量石墨烯的合成.在合成石墨烯的众多方法中,过渡金属表面化学气象沉积法(CVD)作为制备大面积高质量石墨烯的主要方法而被深入研究和广泛使用.作为二维晶体的石墨烯,其生长过程应该遵循经典的晶体生长理论,因此本文从经典的晶体生长理论出发,结合密度泛函理论(DFT)对石墨烯CVD生长过程的具体计算,来介绍石墨烯的微观生长机制.主要从三个方面系统地介绍了石墨烯的CVD生长机理:(1)石墨烯在金属催化剂表面的成核过程,包括二维碳团簇在金属平台和台阶附近的成核过程和成核速率,并据此提出石墨烯在成核生长过程中的种子生长法.(2)经典的Wulff构造理论在石墨烯CVD生长中的应用,通过研究不同石墨烯边界结构在金属表面的稳定性和边界能来获得不同催化剂金属表面石墨烯晶粒的平衡态形状或能量最低结构.(3)动力学Wulff构造理论在石墨烯生长中的应用,通过研究金属原子钝化石墨烯边的稳定结构和不同边界的生长过程来研究石墨烯的生长动力学.金属原子钝化的扶手型(armchair,AC)石墨烯边界的存在大大地降低了碳原子加入到边界形成六元环所需要克服的势垒,导致了AC石墨烯边界的生长速度较快最后消失,而留下生长较慢的锯齿型(zigzag,ZZ)石墨烯边界.以上在原子尺度上对石墨烯CVD生长过程中成核和连续生长过程的微观机制研究对实验上生长大面积高质量的石墨烯材料提供了有价值的理论参考.     

溶液稳定、高导电性波纹状石墨烯片

特殊的单原子层二维sp²碳结构给石墨烯带来众多独特的性能和潜在的应用. 然而, 单层石墨烯容易聚集并会逐渐重新石墨化, 这成为其应用的一个重要障碍. 本文报道了一种新策略来解决这个问题, 即通过在石墨烯表面引入sp²碳纳米结构作为永久的波纹来阻止石墨烯的聚集和石墨化, 并使之在溶液中易于分散和稳定. 和其他功能化方法不同, 该方法没有引入杂原子, 不破坏石墨烯的结构和功能. 制得的石墨烯具有优异的导电性能(~65000 S·m^-1), 并具有较好的溶液稳定性.     

Interpretation of inorganic arsenic metabolism in humans in the light of observations made in vitro and in vivo in the rat

The toxicity of inorganic trivalent arsenic for living organisms is reduced by in vivo methylation of the element. In man, this biotransformation leads to the synthesis of monomethylarsonic (MMA) and dimethylarsinic (DMA) acids, which are efficiently eliminated in urine along with the unchanged form (As_i). In order to document the methylation process in humans, the kinetics of As_i, MMA and DMA elimination were studied in volunteers given a single dose of one of these three arsenicals or repeated doses of As_i. The arsenic methylation efficiency was also assessed in subjects acutely intoxicated with arsenic trioxide (As₂O₃) and in patients with liver diseases. Several observations in humans can be explained by the properties of the enzymic systems involved in the methylation process which we have characterized in vitro and in vivo in rats as follows: (1) production of As_i metabolites is catalyzed by an enzymic system whose activity is highest in liver cytosol; (2) different enzymic activities, using the same methyl group donor (S-adenosylmethionine), lead to the production of mono- and di-methylated derivatives which are excreted in urine as MMA and DMA; (3) dimethylating activity is highly sensitive to inhibition by excess of inorganic arsenic; (4) reduced glutathione concentration in liver moderates the arsenic methylation process through several mechanisms, e.g. stimulation of the first methylation reaction leading to MMA, facilitation of As_i uptake by hepatocytes, stimulation of the biliary excretion of the element, reduction of pentavalent forms before methylation, and protection of a reducing environment in the cells necessary to maintain the activity of the enzymic systems.     

Production of radicals in the ozonolysis of propene in air

Radical production in the ozonolysis of propene in air was monitored directly by a peroxy radical chemical amplification (PERCA) instrument at room temperature (298±2 K) and atmospheric pressure (1×105 Pa). The ozonolysis reactions were conducted in a flow tube under pseudo-first-order conditions for ozone. The decay in ozone was calculated based on reaction time tr and effective rate constant keff (keff = k1[C3H6]0)) for the ozone-propene reaction. The total radical yields relative to consumed ozone were d...     

茶叶中高氯酸盐检测方法研究进展

茶叶中新型污染物高氯酸盐在近年来受到越来越多的关注,相应的检测技术也在不断加强.参考国内外文献,综述了茶叶中高氯酸盐的检测方法.目前,茶叶中高氯酸盐的检测方法主要有离子色谱法（IC）、离子色谱-质谱法（IC-MS）和高效液相色谱-串联质谱法（LC-MS-MS）.比较了不同检测方法的局限性和优越性,重点比较了高效液相色谱-串联质谱法不同前处理方法、净化小柱和检测条件的优劣,对茶叶高氯酸盐检测技术的发展和研究进行了展望,为检测茶叶中高氯酸盐的新材料研发和检测新标准的建立提供理论依据.     

成都西部金马地区土壤微量元素特征研究

对成都平原西部金马镇深层土壤取样分析,研究了具有指示意义的几种微量元素富集情况,揭示了土壤原生地球化学环境质量;通过异常信息的筛选,分析了各元素异常反映的地球化学及地质信息.     

超临界流体萃取技术在提取中药挥发油中的应用

用超监介CO2流体萃取技术对多种中药挥发油的提取进行了综述,并将其与传统的水蒸馏法进行比较。结果表明,用超临界流体法不仅挥发油的收率高,而且提取时间也大大缩短。     

Formation of disperse ferromagnetic nanoparticles in zeolites in the course of thermal activation in oxygen

Samples of synthetic high-silica zeolites after high-temperature activation in oxygen are studied by ferromagnetic resonance. Observation of the fine structure of ferromagnetic resonance (FMR FS) indicates the formation of magnetic iron oxide nanoparticles in the course of thermal treatment of zeolites in oxygen. Features of the formation of a dispersed ferromagnetic phase in zeolites, geometric and magnetic characteristics of constituent nanoparticles are discussed.     

ICP-AES测定铀污染土壤植物中铀的研究

采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)对铀污染土壤植物中铀的测定方法进行了研究.在λU385.958 nm处,选择了仪器的最佳工作条件,考察了酸度和常见共存元素对测定的干扰情况,并且对比了干灰化消解和湿式消解对测定的影响.研究发现2%硝酸溶液为最佳介质,干扰离子对测定没有显著影响,干灰化消解比湿式消解得彻底.在选定条件下,方法检出限为0.18 mg·L-1,测定下限为0.61 mg·L-1,5.0000 mg·L-1的铀标准溶液的相对标准偏差RSD(n=10)为0.81%,方法回收率为96.2%～106.2%.该方法操作简单,快速.结果表明,用ICP-AES测定铀污染土壤植物样品中的铀是可行的.     

测定血清中Na 含量不确定度的评定

对血清中Na离子含量的测量不确定度进行评定。不确定度的来源主要包括Na离子标准工作液的配制过程、血清样品的定容消化制备、标准曲线拟合、钠离子各分量不确定度的合成等引入的不确定度计算出各分量的不确定度,通过合成得到测量结果的合成不确定度、扩展不确定度及测试结果的报告形式。     

阳江市幼儿头发中微量元素含量分析

测定了阳江市4449名1～7岁儿童头发中6种元素含量.结果表明,该市儿童头发中的 Zn为(82.15±19.00)×10-6 ,Ca为(511.56±93.55)×10-6 ,Mn为(1.81±0.86)×10-6 ,均低于国内报道的正常儿童发中元素含量低限值 Zn 87.75×10-6,Ca 603.25×10-6,Mn 2.14×10-6.该市儿童发 Pb平均值为(12.82±7.43)×10-6,显著高于国内报道的正常儿童发 Pb高限值10.43×10-6.     

鸡肉中兽药残留检测技术研究进展

鸡肉中兽药残留检测是食品安全检测关注的热点,作为目前普遍发展的样品前处理技术,超临界流体萃取、加速溶剂萃取、毛细管固相微萃取及其与色谱质谱联用检测兽药残留受到广泛关注。以鸡肉为主要检测基质对这些新技术的基本原理、特点及在兽药残留分析中的应用进行了综述,同时对兽药残留分析的研究方向进行了展望。