石墨烯磺酸功能化实验方案

实验方案备注

（1）4-磺酸基-氟硼酸重氮苯的合成

S1：称取17.3g4-磺胺酸（0.1 mol）固体溶于100ml蒸

馏水中后

S2: 将31.8 mL氟硼酸水溶液 (40 wt %, 0.2mol) 缓缓逐

滴加入磺胺酸水溶液中。将混合溶液冷却至0℃。

S3：维持恒温5℃，将7.0 g亚硝酸钠（100mmol）溶于

蒸馏水中，缓缓加入上步所得溶液中。添加完成，持

续搅拌2h。

S4：抽滤收集白色沉淀，再用乙醚洗涤数次。将白色

沉淀冷冻干燥和储存。

时间：2.5h

（2）GP-SO3H（DS=1.21）的合成

S1：称取0.6g石墨烯粉末（GO，约0.05mol）,其分散于500mL蒸馏水中. 使用5 wt %的碳酸钠水溶液调节其PH值至9左右。(5.26gNa2CO3,溶于100ml水中)

S2：将调整过得溶液进行轻微的超声处理30min。将GO溶液用离心机分离30min以移除未反应的石墨，转速为2000rpm。

S3：称量3.9g硼氢化钠（0.1 mmol）溶于10mL蒸馏水中，将其加入GO的水溶液中，在70℃下反应1h。抽滤，使用蒸馏水洗涤直至其PH值达到7。

S4：将部分还原的GO重新分散到500mL的蒸馏水中，使用轻微声波震荡30min。使用冰浴将其冷却至室温。

S5：称取0.68 g(2.5mmol)制得的4-磺酸基-氟硼酸重氮苯，溶于10mL蒸馏水中，将其缓缓逐滴加入S4得到的溶液中，在室温下搅拌6h。反应溶液使用声波处理10min称量+30min 分散+1h预还原+2h 抽滤+30min分散+12h偶合+2h抽滤+完全还原24h

30min。再称取0.68g(2.5mmol)制得的4-磺酸基-氟硼酸重氮苯重复上述步骤。

S6：反应完成后，使用5 wt % 的碳酸钠水溶液调节PH 值至10以上，伴随添加有沉淀生成。将沉淀过滤出，并用蒸馏水（水）和乙醇洗涤，即可得到GO-SO3H。S7：将GO-SO3H 重新分散在500mL的蒸馏水中，再加入水合肼(5060%, 32 mL)，在 120℃下充分还原 24 h。这步中磺酸基的存在使得石墨烯能够很好分散在水中。再使用5 wt % 的碳酸钠水溶液调节PH值至10以上，过滤得到沉淀，用水完全洗涤，冷冻干燥得到GP-SO3H (1.19 g)。

（3）GP-SO3H纳米纸的制备

S1：将所需量的GP-SO3H分散在水中，使用超声处理。然后使用离心机（2000 rpm）去除不溶的杂质。通过带有400 nm 规格孔隙的PC膜抽滤得到数百纳米至30μm左右的，并自然风干。

S2：从过滤器上将独立的纳米纸剥离，在真空炉中在250℃下进行热处理24h。即可得到可用的GP-SO3H纳米纸。

（4）石墨烯化学键合镀层

S1：将基片预先放置在装有GP-SO3H纳米纸碎片的反应炉中。为防止硅橡胶残余的灰污染基片表面，高温硅橡胶被放置在反应炉预先设定的位置。

S2：将反应炉中抽真空，然后在30min内迅速将温度从室温升至500℃。关闭真空抽取，然后在20min内将温度再次迅速升至1000℃。

S3：管内有气体产生，反应炉内的压力会逐渐升高至大气压，将真空阀转接Ar进气口。将炉中尽快清理干

净，并维持大气压。维持1000℃近30min，再将反应炉冷却至室温，最后将处理过的试样移出试管。

S4：使用水和丙酮洗去试样表面的粉尘，并用真空干燥箱干燥一晚。

有机功能化石墨烯的制备及其应用

有机功能化石墨烯的制备及其应用张丽园1，2 ，姚远 2 （1.蚌埠学院应用化学与环境工程系，安徽蚌埠233000； 2.合肥工业大学化工学院，合肥230009）摘要：石墨烯是一种新型的二维平面纳米材料，其所具有的单原子层结构使它拥有许多新奇的特性，从2004年被发现以来，引起了科学界的高度重视，目前已成为了材料学、物理学、化学等学科领域的研究热点。然而由于石墨烯易于团聚堆积成石墨，不能均匀的分散在基体中，这很大程度上限制了它的应用。为了将石墨烯与其它物质有效复合，充分发挥其在电子学、生物医学、催化、传感器、储能等领域的优良特性，对其进行功能化改性是有效的方法之一。着重介绍了石墨烯有机功能化制备方法及其应用的最新研究进展，并对石墨烯的功能化发展方向进行了展望。关键词：石墨烯；氧化石墨；有机功能化；表面改性中图分类号：O6－1文献标志码：A 文章编号：1671－380X （2012）08－0016－05Preparation and Application of Organo －Functionalized Graphene ZHANG Li －yuan 1，2 ，YAO Yuan 2 （1.Department of Chemistry and Environmental Engineering ，Bengbu College ，Bengbu 233000，China ； 2.School of Chemical Engineering Hefei University of Technology ，Hefei 230009，China ） Abstract ：Graphene is a novel two －dimensional nanomaterial with a flat monolayer of carbon atoms structure ，which has contributed to its unique features.Since it had been discovered in 2004，the graphene has attracted a great deal of attention worldwide in the sciences ，and became the focus of the researches all over the world.How-ever ，the structure of the graphene has lots of limitations in the applications in compounding with other materials ，and restricted its wide usage.To materialize the prospect applications as much as possible in the field of electron-ics ，biomedicine ，catalysis ，sensors ，energy storage etc.The key is to ograno －functionalized graphene in a con-trolled way.This paper emphasized on some common preparations and the applications of organo －functionalized graphene.Besides ，the developing trend of organo －functionalizing of graphene was forecasted.Key words ：Graphene ；Graphene Oxide ；Organic Functionalize ；Surface Modification 1 引言石墨烯是一种新型的具有单原子层结构的二维平面纳米材料，从2004年被发现以来，引起了科学界的高度重视，目前已成为了材料学、物理学、化学等学科领域的研究热点［1］。其独特的二维蜂窝状晶格结构，使其拥有许多新奇的特性，如：较高的杨氏模量（ 1100GPa ）、载流子迁移率（2?105cm 2/（V ·s ））、热导率（ 5000J /（m ·K ·s ））和比表面积（理论值2630m 2/g ），还具有分数量子霍尔效应、量子霍尔铁磁性和激子带隙等现象［2］，这些特性使得石墨烯在纳米电子学、纳米复合物、氢气超级电容器等领域有着广泛潜在的应用［3］；其特有的单原子层结构和较大的表面积的特性还可使其在生物医学方面得到应用［4］。然而理想石墨烯易团聚堆积成石墨形态，并不利于与其它物质进行复合，使其的应用受到了大幅限制。为了解决这个问题，石墨烯的有机功能化改性是非常有效的方法，极大地拓展了石墨烯的应用领域。基于材料化学的角度，对石墨烯的表面有机改性及其应用等方面进行简要的综述。 · 61·第34卷第8期2012年8月宜春学院学报 Journal of Yichun College Vol.34，No.8Aug.2012 * 收稿日期：2012－05－31 基金项目：安徽省高等学校自然科学基金（KJ2009B212Z ）。作者简介：张丽园（1980－），男，安徽凤阳人，博士生，主要从事绿色化学和材料学研究。

石墨烯改性

综合实践论文题目：石墨烯改性研究进展班级：高分子112 姓名：陈阳建指导老师：祖立武日期：2014年6月20日

石墨烯改性研究进展陈阳建齐齐哈尔大学材料学院，黑龙江齐齐哈尔10221 摘要: 结合当前国内外石墨烯改性的研究进展，分别从表面改性和电子性能改性两个方面介绍了石墨烯的改性方法。其中，石墨烯表面改性包括共价键功能化和非共价键功能化；石墨烯电子性能改性包括掺杂和离子轰击。讨论了各种改性方法的优缺点，并在原有改性方法的基础上，展望了未来石墨烯改性的发展方向。关键词: 石墨烯；改性；综述；共价键功能化；非共价键功能化；掺杂；离子轰击 Research progress in the modification of graphene Chen yangjian Materials Science,Qiqihar University ,Qiqihar in Heilongjiang 10221 Abstract: Based on the research progress of modification of graphene material at hom e and abroad, the methods of modification of graphene are introduced from the surfac e modification and the electronic properties modification, respectively. The methods o f surface modification contain the covalent functionalization and non-covalent functio nalization; the methods of electronic properties modification contain dopin g and ion b ombardment. Finally, the advantages and disadvantages of various modification met h ods are discussed, and the further development of modification of graphene is pointed out on the basis of original modification methods. Key words: graphene; modification; review; covalent functionalization; non-covalent functionalization; doping; ion bombardment

功能化石墨烯的生物医药应用研究

功能化石墨烯的生物医药应用研究张海燕1, 2，邬伟魁1，杨明1, 3* 1. 江西中医学院现代中药制剂教育部重点实验室，江西南昌 330004 2. 西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室，四川成都 610003 3. 成都中医药大学，四川成都 611137 摘要：从2004年被发现至今，石墨烯这种特殊的纳米材料的研究和应用备受关注。石墨烯的功能化是其进一步加工以充分发挥其优良性质的基础。石墨烯的生物医药应用还处在探索阶段，如何根据实际需求对功能化石墨烯进行生物相容性、药物载体、生物检测等研究是极富挑战的工作。重点阐述了石墨烯在生物医药领域应用的最新研究进展，并对其发展作了展望。关键词：石墨烯；功能化；生物医药；纳米材料；药物载体中图分类号：R283 文献标志码：A 文章编号：0253 - 2670(2011)06 - 1235 - 04 Application of functionalized graphene materials in biomedicine ZHANG Hai-yan1, 2, WU Wei-kui1, YANG Ming1, 3 1. Key Laboratory of Modern Preparation of Traditional Chinese Medicine, Ministry of Education, Jiangxi University of Traditional Chinese Medicine, Nanchang 330004, China 2. Key Laboratory of Advanced Technology of Materials, Ministry of Education, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610003, China 3. Chengdu University of Traditional Chinese Medicine, Chengdu 611137, China Key words: graphene; functionalization; biomedicine; nanomaterials; drug carrier 2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈?海姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯（graphene）。由于他们在二维石墨烯材料的开创性研究，共同获得2010年度诺贝尔物理学奖。石墨烯为“单层石墨片”，是构成石墨的基本结构单元；而碳纳米管（carbon nanotubes）是由石墨烯卷曲而成的圆筒结构。石墨烯的研究受碳纳米管相关研究的启发，其发展历程与碳纳米管相似。在碳纳米管被发现之前，碳的晶体结构主要有3种：石墨（graphite）、金刚石（diamond）和富勒烯（fullerene）。由于石墨烯具有性能优异、成本低廉、可加工性好等众多优点，人们普遍预测石墨烯在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景，可望在21世纪掀起一场新的技术革命[1]。纳米医药是使用纳米结构的物质来诊断和治疗疾病的科学。人们常选择特殊给药途径（如口服、脉管或瘤内给药），将纳米物质安全有效地传递到靶器官发挥其应有的作用。作为药物载体、基因载体和显像剂，纳米物质可以和受损组织或瘤生长部位结合，这在未来医药领域具有较大的潜力[2-3]。石墨烯的化学稳定性高，其表面呈惰性状态，与其他介质的相互作用较弱，难溶于水及常用的有机溶剂。功能化是实现石墨烯分散、溶解和成型加工的重要手段。由于分子表面具有很多亲水性官能团，且表面积较大，石墨烯氧化物（graphene oxide，GO）可以极细小的颗粒悬浮于水溶液或生理环境体系，或应用于注射剂的研究。GO在水中具有较好的溶解性，但其还原产物容易发生聚集，并且很难再次分散；功能化GO可有效增强其稳定性。虽然困难重重，近年来，石墨烯的生物医药应用还是取得了一定的进展，为今后的研究奠定了基础。本文重点阐述了石墨烯在生物医药领域应用的最新研究进收稿日期：2011-01-12 基金项目：中医药行业科研专项资助项目（200708006）；新药创制重大专项资助项目（2009ZX09103-393）；中药新型给药系统技术平台“十一五”重大新药创制项目（2009ZX09310-005）作者简介：张海燕（1980—），女，河北承德人，讲师，在读博士研究生，从事中药新辅料、新工艺、医用材料研究。 Tel: (0791)7119010 E-mail: haiyansl@https://www.360docs.net/doc/696626559.html, *通讯作者杨明 Tel: (0791)7118658 E-mail: yangming16@https://www.360docs.net/doc/696626559.html,

石墨烯磺酸功能化实验方案

实验方案备注（1）4-磺酸基-氟硼酸重氮苯的合成 S1：称取17.3g4-磺胺酸（0.1 mol）固体溶于100ml蒸馏水中后 S2: 将31.8 mL氟硼酸水溶液 (40 wt %, 0.2mol) 缓缓逐滴加入磺胺酸水溶液中。将混合溶液冷却至0℃。 S3：维持恒温5℃，将7.0 g亚硝酸钠（100mmol）溶于蒸馏水中，缓缓加入上步所得溶液中。添加完成，持续搅拌2h。 S4：抽滤收集白色沉淀，再用乙醚洗涤数次。将白色沉淀冷冻干燥和储存。时间：2.5h （2）GP-SO3H（DS=1.21）的合成 S1：称取0.6g石墨烯粉末（GO，约0.05mol）,其分散于500mL蒸馏水中. 使用5 wt %的碳酸钠水溶液调节其PH值至9左右。(5.26gNa2CO3,溶于100ml水中) S2：将调整过得溶液进行轻微的超声处理30min。将GO溶液用离心机分离30min以移除未反应的石墨，转速为2000rpm。 S3：称量3.9g硼氢化钠（0.1 mmol）溶于10mL蒸馏水中，将其加入GO的水溶液中，在70℃下反应1h。抽滤，使用蒸馏水洗涤直至其PH值达到7。 S4：将部分还原的GO重新分散到500mL的蒸馏水中，使用轻微声波震荡30min。使用冰浴将其冷却至室温。 S5：称取0.68 g(2.5mmol)制得的4-磺酸基-氟硼酸重氮苯，溶于10mL蒸馏水中，将其缓缓逐滴加入S4得到的溶液中，在室温下搅拌6h。反应溶液使用声波处理10min称量+30min 分散+1h预还原+2h 抽滤+30min分散+12h偶合+2h抽滤+完全还原24h

30min。再称取0.68g(2.5mmol)制得的4-磺酸基-氟硼酸重氮苯重复上述步骤。 S6：反应完成后，使用5 wt % 的碳酸钠水溶液调节PH 值至10以上，伴随添加有沉淀生成。将沉淀过滤出，并用蒸馏水（水）和乙醇洗涤，即可得到GO-SO3H。S7：将GO-SO3H 重新分散在500mL的蒸馏水中，再加入水合肼(5060%, 32 mL)，在 120℃下充分还原 24 h。这步中磺酸基的存在使得石墨烯能够很好分散在水中。再使用5 wt % 的碳酸钠水溶液调节PH值至10以上，过滤得到沉淀，用水完全洗涤，冷冻干燥得到GP-SO3H (1.19 g)。（3）GP-SO3H纳米纸的制备 S1：将所需量的GP-SO3H分散在水中，使用超声处理。然后使用离心机（2000 rpm）去除不溶的杂质。通过带有400 nm 规格孔隙的PC膜抽滤得到数百纳米至30μm左右的，并自然风干。 S2：从过滤器上将独立的纳米纸剥离，在真空炉中在250℃下进行热处理24h。即可得到可用的GP-SO3H纳米纸。（4）石墨烯化学键合镀层 S1：将基片预先放置在装有GP-SO3H纳米纸碎片的反应炉中。为防止硅橡胶残余的灰污染基片表面，高温硅橡胶被放置在反应炉预先设定的位置。 S2：将反应炉中抽真空，然后在30min内迅速将温度从室温升至500℃。关闭真空抽取，然后在20min内将温度再次迅速升至1000℃。 S3：管内有气体产生，反应炉内的压力会逐渐升高至大气压，将真空阀转接Ar进气口。将炉中尽快清理干

石墨烯在复合材料中的应用

石墨烯在复合材料中的应用龚欣（东南大学机械工程学院南京211189）摘要：介绍了石墨烯与有机高聚物、无机纳米粒子以及其它碳基材料的复合物，同时展望了这些材料在相关领域中的应用前景．关键词：石墨烯纳米复合材料 2004年至今, 关于石墨烯的研究成果已在SCI检索期刊上发表了超过2000篇论文, 石墨烯开始超越碳纳米管成为了备受瞩目的国际前沿和热点．基于石墨烯的纳米复合材料在能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域展现出许多优良性能，具有广阔的应用前景．目前研究的石墨烯复合材料主要有石墨烯/聚合物复合材料和石墨烯/无机物复合材料两类，其制备方法主要有共混法、溶胶-凝胶法、插层法和原位聚合法.本文将对石墨烯的纳米复合材料及其性能等方面进行简要的综述．一、基于石墨烯的复合物利用石墨烯优良的特性与其它材料复合可赋予材料优异的性质．如利用石墨烯较强的机械性能，将其添加到高分子中，可以提高高分子材料的机械性能和导电性能；以石墨烯为载体负载纳米粒子，可以提高这些粒子在催化、传感器、超级电容器等领域中的应用． 1.1 石墨烯与高聚物的复合物功能化后的石墨烯具有很好的溶液稳定性，适用于制备高性能聚合物复合材料．根据实验研究，如用异氰酸酯改性后的氧化石墨烯分散到聚苯乙烯中，还原处理后就可以得到石墨烯-聚苯乙烯高分子复合物．该复合物具有很好的导电性，添加体积分数为1%的石墨烯时，常温下该复合物的导电率可达0.1S/M，可在导电材料方面得到的应用．添加石墨烯还可显著影响高聚物的其它性能，如玻璃化转变温度(Tg)、力学和电学性能等．例如在聚丙稀腈中添加质量分数约1%的功能化石墨烯，可使其Tg 提高40℃．在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中仅添加质量分数0.05%的石墨烯就可以将其Tg提高近30℃．添加石墨烯的PMMA比添加膨胀石墨和碳纳米管的PMMA具有更高的强度、模量以及导电率．在聚乙烯醇（PVA）和PMMA中添加质量分数0.6% 的功能化石墨烯后，其弹性模量和硬度有明显的增加．在聚苯胺中添加适量的氧化石墨烯所获得的聚苯胺-氧化石墨烯复合物的电容量（531F/g）比聚苯胺本身的电容量（约为216F/g）大1倍多，且具有较大的拉伸强度（12.6MPa）．这些性能为石墨烯-聚苯胺复合物在超级电容器方面的应用创造了条件．石墨烯在高聚物中还可形成一定的有序结构．通过还原分散在Nafition膜中

石墨烯复合材料的制备及其性能研究进展

论文题目: 石墨烯复合材料的制备及其性能研究进展学生姓名: 学号：院（系）：化工与制药工程系专业班级：指导教师：职称： 201 年月

石墨烯复合材料的制备及其性能研究进展摘要: 石墨烯以其优异的性能和独特的二维结构成为材料领域研究热点。本文综述了石墨烯的制备方法并分析比较了各种方法的优缺点, 简单介绍了石墨烯的力学、光学、电学及热学性能。基于石墨烯的复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向, 本文详细介绍了石墨烯聚合物复合材料和石墨烯基无机纳米复合材料的制备及应用，以及石墨烯复合材料的展望。关键词:石墨烯;制备;性能;复合材料

Research Progress on Preparation and properties of graphene composite materials Abstract: Graphene has become a hot research field of material for its excellent performance and unique two-dimensional structure. This paper summarizes the method for preparing graphene and compared the advantages and disadvantages of various methods,introduces the mechanics,graphene optical,electrical and thermal properties. Composite materials based on graphene is an important research direction in the field of application of graphene,this paper introduces the preparation and application of graphene polymer composites and graphene based inorganic nano composite material,and the prospect of graphene composite materials. Key words:graphene;preparation;properties;composite materials

石墨烯复合材料的研究及其应用

石墨烯复合材料的研究及其应用任成，王小军，李永祥，王建龙，曹端林摘要：石墨烯因其独特的结构和性能，成为物理化学和材料学界的研究热点。本文综述了石墨烯复合材料的结构和分类，主要包括石墨烯-纳米粒子复合材料、石墨烯-聚合物复合材料和石墨烯-碳基材料复合材料。并简述石墨烯复合材料在催化领域、电化学领域、生物医药领域和含能材料领域的应用。关键词：石墨烯；复合材料；纳米粒子；含能材料 Research and Application of Graphene composites ABSTRACT: Graphene has recently attracted much interest in physics,chemistry and material field due to its unique structure and properties. This paper reviews the structure and classification of graphene composites, mainly inclouding graphene-nanoparticles composites, graphene-polymer composites and graphene-carbonmaterials composites. And resume the application of graphene composites in the field of catalysis, electrochemistry, biological medicine and energetic materials. Keywords: graphene; composites; nanoparticles; energetic materials 石墨烯自2004年曼彻斯特大学Geim[1-3]等成功制备出以来，因其独特的结构和性能，颇受物理化学和材料学界的重视。石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体，是包括富勒烯、碳纳米管、石墨在内的碳的同素异形体的基本组成单元。石墨烯的制备方法主要有机械剥离法，晶体外延法，化学气相沉积法，插层剥离法以及采用氧化石墨烯的高温脱氧和化学还原法等[4-10]。与碳纳米管类似，石墨烯很难作为单一原料生产某种产品，而主要是利用其突出特性与其它材料体系进行复合．从而获得具有优异性能的新型复合材料。而氧化石墨烯由于其特殊的性质和结构，使其成为制备石墨烯和石墨烯复合材料的理想前驱体。本文综述了石墨烯复合材料的结构、分类及其在催化领域、电化学领域、生物医药领域和含能材料领域的应用。

功能化石墨烯的应用研究新进展

中国科学: 技术科学 2010年第40卷第11期: 1247 ~ 1256 https://www.360docs.net/doc/696626559.html, https://www.360docs.net/doc/696626559.html, 引用格式: Lü P, Feng Y Y, Zhang X Q, et al. Recent progresses in application of functionalized graphene sheets. Sci China Tech Sci, 2010, 53: 2311?2319, doi: 10.1007/s11431-010-4050-0 《中国科学》杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 论文功能化石墨烯的应用研究新进展吕鹏, 冯奕钰, 张学全, 瑀李, 封伟* 天津大学材料科学与工程学院, 天津 300072 * E-mail: weifeng@https://www.360docs.net/doc/696626559.html, 收稿日期: 2010-01-28; 接受日期: 2010-05-10 国家重点基础研究发展计划(“973”计划)(批准号: 2010CB934700)、国家自然科学基金(批准号: 50873074, 51011140072)和天津市自然科学基金(批准号: 10JCZDJC22400)项目资助摘要石墨烯拥有独特的二维纳米结构, 并显现出了超强的机械性能和优异的电学性能. 尽管它的研究历史很短暂, 但已经在很多领域内展现出了极高的应用价值. 为了使石墨烯在应用过程中能够很好的分散, 通常需要对其进行功能化. 石墨烯功能化的方法大体可分为2种, 即基于共价键的共价键功能化法和依靠分子间作用力的非共价键功能化法. 本文综述了功能化石墨烯(FGs)在光电材料、传感和探测器、储能材料、催化、纳米增强复合物及其他一些领域内的最新应用研究进展, 并展望了未来FGs 应用研究的发展趋势. 关键词功能化石墨烯光电材料传感和探测器储能材料催化领域 1 引言石墨烯作为一种拥有独特结构和优异性能的新型材料, 近几年来其理论研究、制备方法及功能化应用等都已成为国内外学者研究的热点[1, 2]. 石墨烯为单原子层二维结构, 由6个碳原子通过sp 2杂化形成的六边形环构成蜂巢状结构[3]. 作为碳元素单质, 它这种扩展的蜂巢结构是构成另外3种同素异形体的结构基石(图1), 零维的富勒烯可看作是由石墨烯弯曲成足球状得到的, 一维的碳纳米管其主体管部分也可以看作是由石墨烯卷曲而成, 三维结构的石墨则早已被科学家们认识到是石墨烯片层(GNs)的紧密堆叠[4]. 虽然石墨烯作为概念来说并不是一个新的事物, 而且人们也不断尝试获得厚度更薄的石墨片层[5], 但直到2004年才由曼彻斯特大学Geim 领导的研究小组采用微机械剥离法(micro-mechanical cleavage)制备出了单层的GNs [6]. 这一历史性的突破很快引起了人们极大的研究热情, 近年来相关的研究也层出不穷. 图1 二维的石墨烯可以看作是构成富勒烯、碳纳米管和石墨等同素异形体的结构基石[3, 4] 稳定的晶格结构使石墨烯在成为已知最薄二维材料的同时还是目前强度最大的材料, 拉伸模量和本征强度分别为1000和130 GPa [7, 8]. 石墨烯的柔韧

石墨烯复合材料

一石墨烯/ Fe3O4 复合材料的制备及电磁波吸收性能摘要：为扩展石墨烯的应用领域, 对磁性功能化石墨烯的电磁波吸收性能进行研究。在氧化石墨与 Fe3O4 粒子的悬浮液中添加还原剂水合肼, 微波辐照反应制备石墨烯/ Fe3O4 复合物。采用 X 射线衍射、透射电镜等手段对材料的结构和 Fe3O4 的分布状态进行了测试表征。采用矢量网络分析仪测定了材料在 0 1 1~ 18 10 GHz 频率范围内的复介电常数和复磁导率。利用 Cole -Cole 图解释了复合材料的介电特性。利用计算机模拟出不同厚度材料的电磁波衰减性能。结果表明, 当石墨烯和 Fe3O4 粒子以质量比 10B 1复合得到的吸波剂材料的匹配厚度在 2 1 0~ 2 1 5 mm 变化时, 反射损耗小于- 20 dB 的频率覆盖 6 1 5~ 817 GHz。调节 Fe3O4 粒子的相对含量, 复合材料的反射损耗最小可以达到- 4917 dB。复合材料的强吸收特性预示了其作为电磁波吸收材料的潜在应用前景。石墨烯自出现以来, 其独特的力学、电学、光学及磁学性能便引起了广泛关注。石墨烯具有的特殊二维片状结构有利于对电磁波的吸收, 以此为基体负载铁氧体形成石墨烯/ 铁氧体复合材料, 可以发挥以下优势: 首先, 石墨烯的电导率和热导率高, 比表面积大, 质量轻, 这些性能有利于电磁波的吸收和衰减; 其次, 铁氧体粒子的引入可以增强石墨烯的铁磁性, 使复合材料兼具磁损耗与电损耗, 有利于实现电磁匹配; 最后,铁氧体的反射率损耗一般发生在较低频率范围( < 10 GHz) , 而石墨材料的反射率损耗通常位于高频区, 因此, 两种材料的复合还有利于吸收频带的拓宽结论通过在微波还原 GO 的过程中添加Fe3O4 粒子, 制备出了石墨烯/ Fe3O4 复合材料。 (1) Cole-Cole 图显示, Fe3O4 粒子与石墨烯复合后, 粒子与石墨烯形成界面使得复合材料具有多重介电弛豫。 (2) 反射损耗的计算结果表明, 单一的 Fe3O4粒子在匹配厚度为 2 10~ 4 10 mm 时不能实现有效吸收, 与一定量的石墨烯复合后, 反射损耗能够降低到- 20 dB以下。其中以 GR-Fe3O4-10 B1 为吸收剂的材料在匹配厚度在 2 10~ 2 15 mm 变化时,有效吸收频带可以覆盖 6 15~ 8 17 GHz; 以 GR-Fe3O4-10B2为吸收剂的材料在厚度为3 15 mm、频率为 417 GHz 时的最小反射损耗可以达到- 4917 dB。石墨烯/ Fe3O4 复合材料强吸收的特性以及石墨烯作为基底的广泛适用性为研究新型吸波材料提供了新的思路。二石墨烯/Pd 复合材料的制备及其形成机制研究近年来，越来越多的科学家致力于以氧化石墨为前驱体合成石墨烯 / 纳米金属或纳米金属氧化物，并研究其物理与化学性质[5-7]。金属钯具有良好的亲氢性，在氢气储存、加氢反应催化剂、燃料电池及化学传感器等方面有着广泛的应用前景，而且纳米金属颗粒与炭材料之间存在溢出效应，故这两者的复合有望提高材料的储氢能力 3

乙醇胺功能化石墨烯的制备与表征

2011年第69卷化学学报V ol. 69, 2011第12期, 1463～1468 ACTA CHIMICA SINICA No. 12, 1463～1468 * E-mail: mcwshma@https://www.360docs.net/doc/696626559.html, Received April 8, 2011; revised May 25, 2011; accepted June 3, 2011.

1464化学学报V ol. 69, 2011 分重要的意义. 由于氧化石墨烯中含有大量的羧基、羟基、羰基和环氧基等活性基团, 这为通过还原氧化石墨烯制备可分散的功能化石墨烯提供了基础. Si等[10]通过间歇性还原得到了水溶性的石墨烯, 但这种石墨烯要稳定分散于水中需要调节pH在3～10之间. Niyogi等[11]采用十八胺改性氧化石墨最终得到的改性石墨烯可稳定分散于四氢呋喃等溶剂中, 但是其反应过程复杂且需要用到剧毒的SOCl2. 本文采用乙醇胺作为功能化试剂, 通过非常简易的方法得到了可稳定分散于多种溶剂中的功能化石墨烯, 并运用原子力显微镜(AFM)、透射电镜(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)等技术研究了乙醇胺功能化石墨烯制备的反应机理以及功能化石墨烯的结构与微观形态. 1 实验部分 1.1 试剂与仪器石墨粉(含碳99.99%, 上海胶体化工厂); 浓硫酸(广东光华化学有限公司); 高锰酸钾(广东光华化学有限公司); 硝酸钠(天津市福晨化学试剂厂); 双氧水(广州化学试剂厂); 乙醇胺(广州化学试剂厂); 水合肼(天津市福晨化学试剂厂); N,N-二甲基甲酰胺(江苏强盛化工有限公司); 无水乙醇(天津市富宇精细化工有限公司); 丙酮(广州市东红化工厂); 以上试剂皆为分析纯. 德国Bruker公司的Vector 33型傅里叶变换红外谱仪, KBr压片制样, 波数范围为4000～400 cm－1; 英国KRATOS公司生产的, 型号为Axis Ultra DLD X射线光电子能谱(XPS), 工作条件: 铝靶X射线源, 工作电压15 kV, 发射电流10 mA, 功率150 W. 所得能谱图用XPSPEAK4.1软件分峰, 进行高斯-洛沦兹混合拟合, 校准以C1s 的电子结合能(284.6 eV)为参比. 日本理学D/A型X射线衍射(XRD)分析仪, 连续记录扫描, 辐射管电压40 kV, 管电流40 mA, Cu Kα辐射(λ＝0.154 nm), 扫描速度2 deg/min; 德国NETZSCH TG 209失重差热分析仪, 在氮气气氛, 升温速率为 5 /min. ℃功能化石墨烯超声分散于DMF中, 然后滴于铜网上, 干燥后, 用日本电子公司JEM-100 CXII型透射电子显微镜观察功能化石墨烯的形态及其分散性. 原子力显微镜(AFM): 将功能化石墨烯的DMF分散液滴于硅片上, 在真空干燥箱中常温下真空干燥48 h; 日本Seiko仪器公司SPI3800-SPA-400型原子力显微镜, 矩形Si3N4探针, 轻敲模式. 1.2 氧化石墨烯(GO)的制备本文采用Hummers法制备氧化石墨[12]. 之后经超声分散得到氧化石墨烯的水分散液. 1.3 还原氧化石墨烯(RGO)的制备取100 mg氧化石墨溶于100 mL去离子水中, 超声30 min后形成均匀分散液, 在100 ℃下加入1 g水合肼还原24 h; 得到的还原氧化石墨烯经无水乙醇和去离子水洗涤至中性, 烘干备用. 1.4 改性氧化石墨烯(FGO)的制备将100 mg氧化石墨溶于100 mL的去离子水中, 超声30 min后形成均匀分散液; 再加入一定量的HCl, 调节pH至1～2; 之后在室温下搅拌并缓慢滴加0.5 g乙醇胺, 反应24 h后, 得到糊状产物即改性氧化石墨烯用无水乙醇和去离子水洗涤至中性, 最后在60 ℃真空干燥箱中干燥48 h, 保存备用. 1.5 功能化石墨烯(FG)的制备将洗涤后的改性氧化石墨烯分散于100 mL去离子水中, 超声30 min后形成均匀稳定的分散液, 在100 ℃下加入1 g水合肼还原24 h, 即得到功能化石墨烯, 产物用无水乙醇和蒸馏水洗涤至中性, 最后在60 ℃真空干燥箱中干燥48 h, 保存备用. 制备过程如图1所示. 2 结果与讨论图2A为功能化石墨烯在不同溶剂中超声分散放置三个月后的数码照片. 由图中可以看出, 功能化石墨烯可以在水、DMF、乙醇和丙酮中稳定分散. 为了进一步分析功能化石墨烯在溶剂中的分散状况, 本实验将超声处理的功能化石墨烯的DMF分散液滴于铜网上, 干燥后, 用TEM观察其微观形态, 如图2B所示. 从图2B中可以清晰地看出, 功能化石墨烯在DMF中呈现出完全剥离的状态, 石墨烯纳米片层呈褶皱形态. 通过原子力显微镜的测试(图2C)可以测出石墨烯的平均厚度, AFM 表明本文得到的功能化石墨烯的平均厚度为3～4 nm, 大约2～3层[11], 而且表面是高低不平整的, 说明石墨烯经干燥后并不是平整地平铺于硅片表面, 这与TEM 显示结果是一样的, 即功能化石墨烯表面呈褶皱形态. 图3为氧化石墨烯(GO)、改性氧化石墨烯(FGO)、功能化石墨烯(FG)和还原氧化石墨烯(RGO)的红外光谱. 从图3a可看出, 氧化石墨烯中拥有大量的亲水官能团, 如羟基、羧基、环氧基和羰基; 其中3000～3700 cm－1的宽吸收峰对应于氧化石墨烯中的羟基及其吸收的水分子中的羟基; 1740 cm－1是芳环上羧酸中羰基的伸缩振动吸收峰; 而1248 cm－1处的吸收峰是环氧基的对称伸缩振动峰, 829 cm－1处的吸收峰则是环氧基的不对称伸缩振动峰[13,14]. 图3b中, 1250 cm－1处的环氧基

石墨烯含能化功能改性研究

石墨烯含能化功能改性研究碳材料是复合含能材料中广泛应用的功能助剂,常用于改善体系的介电常数,降低静电危害,减少因撞击、摩擦产生的危险,并调节燃烧和爆轰性能。石墨烯是具有特殊二维结构的新型碳材料,其良好的导热性、导电性、可调的层数、适中的化学活性等特点,都使其非常适宜做高能炸药体的添加剂。为了将石墨烯引入含能材料体系,本文有目的地对石墨烯进行了功能化改性,通过化学方法修饰上含能官能团,并对改性石墨烯进行了全面表征,对热分解、燃烧等性能进行了分析测试。主要内容如下:首先,通过利用硝化剂直接对氧化石墨烯进行硝化,合成了氮含量较高的硝化石墨烯(Graphene Nitrate,GN);结构分析表明硝化石墨烯表面每8个碳原子可连接一个硝基官能团,且硝化石墨烯中的硝基主要通过C-NO2及O-NO2与石墨烯相连。其次,通过卤代石墨烯的氨解反应,设计并合成了胺基化石墨烯(Aminated GO,NH2-GO)。该反应原料广泛,实验条件温和,不需要高温高压即可实现石墨烯的胺基化,且收率较高。结构分析显示胺基化石墨烯表面每5~6个碳原子可连接一个胺基,且石墨烯表面胺基主要为伯胺基。最后,通过氮宾直接与石墨烯表面发生加成反应,设计并合成了单硝基芳香氮杂石墨烯(p-Nitrobenzyl-azepine Graphene,G-Azepine)。该反应合成路线简单,成本低。结构分析表明对硝基苄通过七元氮杂环与石墨烯共价相连,平均每9.6个碳原子即有一个参与到七元环中。热分析测试及点火性能测试结果表明,在三种含能改性石墨烯中,硝化石墨烯具有很好的热稳定性、放热性、燃烧性,可分散于多种溶剂,综合性能最好,有望作为含能化工材料应用于炸药、火药及推进剂领域。胺基化石墨烯热稳定性最高,放热性及燃烧性良好,有望成为新型纳米含能添加剂,在高能炸药体系中起到调节感度的作用。对硝基苄氮杂石墨烯的点火特性尽管并不如预期,但该产物的合成证明了多硝基芳香化合物通过氮杂环与石墨烯共价结合的可能性,为制备炸药分子氮杂石墨烯奠定了研究基础,同时也有望作为对石墨烯进一步化学改性和修饰的功能性前驱材料,具有相当的科学研究价值和应用潜力。

石墨烯复合材料的制备、性能与应用

石墨烯复合材料的制备、性能与应用摘要：纳米科学技术是当今社会科学中一个重要的研究话题。它是现代科学技术的重要内容，也是未来技术的主流。是基础研究与应用探索紧密联系的新兴高尖端科学技术。石墨烯具有独特的结构和优异的电学、热学、力学等性能,自从2004年被成功制备出来,一直是全世界范围内的一个研究热点。由于石墨烯具有巨大的表面体积比和独特的高导电性等特性,石墨烯及其复合材料在电化学领域中有着诱人的应用前景,因此,石墨烯材料的制备及其在电化学领域应用的研究是石墨烯材料研究的一个重要领域。综述了石墨烯与石墨烯复合材料的制备及其在超级电容器、锂离子电池、太阳能电池、燃料电池等电化学领域中应用的研究现状,展望了石墨烯材料的制备及其在电化学领域应用的未来发展前景。关键词;复合材料纳米材料石墨烯正文; 一，石墨烯复合材料的制备石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面复合材料，其特殊的单原子层决定了它具有丰富而新奇的物理性质。研究表明，石墨烯具有优良的电学性质，力学性能及可加工性。石墨烯复合材料的制备是石墨烯研究领域的一个重要的课题，如何简单，快速，绿色地制备其复合材料，而又采用化学分散法大量制备氧化石墨烯,并采用直接共混法制备氧化石墨烯/酚醛树脂纳米复合材料。通过AFM、SEM、FT-IR、TG等对其进行表征,结果表明,氧化石墨烯完全剥离,并在基体中分散均匀,而且两者界面相容性好,提高了复合材料的热稳定性。通过高温热处理使复合材料薄膜在兼顾形貌的同时实现导电,当氧化石墨烯含量为2%(质量分数)时,其导电率为96.23S/cm。采用原位乳液聚合和化学还原法制备了石墨烯和聚丙乙烯的复合材料。研究表明PS微球通过公家方式连接到石墨烯的表面。通过PS微球修饰后的石墨烯在氯仿中变现良好的分散性。制备的复合材料具有优良的导电性，同时PS的玻璃化温度的热稳定性得到了提高。本研究所提出的方法具有环境友好高效的特点，渴望被采用到其他聚合物和化合物来修饰石墨烯。