浅议石墨氧化石墨烯功能化改性及运用

论文导读：功能化16-171.3.1.2基于氢键作用的功能化171.3.1.3基于静电相互作用的功能化17-181.3.2共价键改性石墨烯/氧化石墨烯18-201.3.2.1利用羧基的功能化改性18-191.3.2.2利用环氧基团的功能化改性19-201.4石墨烯/氧化石墨烯的运用20-251.4.1光电相关运用20-231.4.1.1基于石墨烯的场效应晶体管(FET)20-211.4.1.2石墨烯在光
摘要：石墨烯可以看做是单原子层的石墨,作为纳米尺度的二维晶体材料,石墨烯特殊的结构赋予其诸多优异的电学、力学、光学及导热性能。通过化学氧化-剥离法得到的氧化石墨烯可以看做是石墨烯的含氧衍生物,羟基、羧基、环氧基团等含氧官能团的引入一方面使得石墨烯原有的一些性质受到影响,另一方面也产生了一些新的性质。尽管石墨烯有很多优异的性能,单层的石墨烯也已被证实可以在室温条件下稳定有着,但当大量的石墨烯片在一起时,很容易由于片层间强的范德华力吸引而发生聚集,重新回复到石墨状态；完整的石墨烯在溶剂中也很难稳定分散,这很大程度上限制了其运用,使得其特殊性质得不到发挥。由此,自2004年首次成功制得单层的石墨烯以来,众多科研工作者们针对不同的运用领域,进展了若干石墨烯功能化的策略。本论文旨在通过几种不同的功能化改性策略,赋予石墨烯/氧化石墨烯新的性质,并初步尝试其相关运用,全文共有五个章节。第一章为绪论,系统介绍了石墨烯/氧化石墨烯的结构、性质、制备策略、功能化改性及运用领域的探讨进展。第二章,利用化学氧化-超声剥离法得到了氧化石墨烯产物,在此基础上比较探讨了用酰氯化策略和EDC/NHS活化法对氧化石墨烯进行氨基化改性的效果,并进一步通过EDC/NHS活化法对氧化石墨烯进行小分子二胺和PEG的同步接枝改性,得到了可在PBS缓冲液中稳定分散的接枝了PEG的氧化石墨烯氨基化产物(NH2-GO-PEG),利用所得产物进行了共价键载药的初步尝试。第三章,利用氧化石墨烯表面的羟基等活性官能团,在水溶液中利用硝酸铈铵引发氧化还原聚合,在氧化石墨烯表面分别接枝了聚丙烯酸(PAA)和聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM),并在保持引发剂和氧化石墨烯的用量不变的情况下,通过简单制约单体的投料量,得到了具有不同接枝量的改性产物,所得接枝产物GO-PAA在溶液中具有pH响应性,GO-PNIPAM具有温度响应性。第四章,主要尝试探讨了石墨烯在锂离子电池正极材料方面的运用,具体的,一方面在非离子型表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)有着下,利用化学氧化-还原法制得了可以在N-吡咯烷酮(NMP)中稳定分散的石墨烯产物,将其用作锂离子动力电池正极导电剂时,发现1/10于碳纳米管的用量即可获得与之接近的性能；另一方面,分别用水热法和碳热还原法制备了磷酸铁锂/石墨烯复合材料,XRD和SEM结果显示得到了磷酸铁锂与石墨烯的复合物,电性能初步测试结果欠佳,表明此项探讨有其实际运用价值,但具体合成路线有待进一步优化。第五章是对全文所有系统的总结。通过尝试不同的功能化改性策略,得到了具有不同性质的氧化石墨烯功能化改性产物,并有望在抗癌药物载体、锂离子电池等方面实现运用。关键词：氧化石墨烯论文功能化改性论文刺激-响应性论文锂离子电池论文
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Abstract7-9
第一章 绪论9-34

1.1 石墨烯/氧化石墨烯的制备策略10-13

1.1.1 微机械剥离法(Micromechanical Cleage Method)10

1.2 化学气相沉积法(CVD Method)10-11

1.3 晶体外延生长法11

1.4 有机合成法11-12

1.5 化学氧化还原法12-13

1.2 石墨烯/氧化石墨烯的结构与性质13-15

1.2.1 石墨烯的结构与性质13-14

1.2.2 氧化石墨烯的结构与性质14-15

1.3 石墨烯/氧化石墨烯的功能化改性15-20

1.3.1 非共价键改性石墨烯/氧化石墨烯16-18

1.3.1 基于π-π相互作用的功能化16-17

1.3.2 基于氢键作用的功能化17

1.3.3 基于静电相互作用的功能化17-18

1.3.2 共价键改性石墨烯/氧化石墨烯18-20

1.3.2.1 利用羧基的功能化改性18-19

1.3.2.2 利用环氧基团的功能化改性19-20

1.4 石墨烯/氧化石墨烯的运用20-25

1.4.1 光电相关运用20-23

1.4.1 基于石墨烯的场效应晶体管(FET)20-21

1.4.2 石墨烯在光伏器件中的运用21-22

1.4.1.论文导读：36-372.2.3.1酰氯化策略制备GO-NH_236-372.2.3.2EDC/NHS活化法制备GO-NH_2372.2.4PEG修饰氧化石墨烯(NH_2-GO-PEG)的制备372.2.5NH_2-GO-PEG共价键载药的初步尝试372.2.6测试仪器及表征37-382.3结果与讨论38-472.3.1氧化石墨烯(GO)的制备39-412.3.2氨基修饰氧化石墨烯(GO-NH_2)的制备41-432.3.EG修饰氧化石墨烯(G
3 石墨烯在锂离子电池中的运用22-23

1.4.2 石墨烯在浅析检测领域的运用23

1.4.3 石墨烯改性聚合物材料23-24

1.4.4 石墨烯在生物医药方面的运用24-25

1.5 论文探讨工作设计25-26

参考文献26-34
第二章 PEG改性氧化石墨烯的制备及表征34-51

2.1 引言34-35

2.2 实验部分35-38

2.1 原料和试剂35-36

2.2 氧化石墨烯(GO)的制备36

2.3 氨基修饰氧化石墨烯(GO-NH_2)的制备36-37

2.3.1 酰氯化策略制备GO-NH_236-37

2.3.2 EDC/NHS活化法制备GO-NH_237

2.4 PEG修饰氧化石墨烯(NH_2-GO-PEG)的制备37

2.5 NH_2-GO-PEG共价键载药的初步尝试37

2.6 测试仪器及表征37-38

2.3 结果与讨论38-47

2.3.1 氧化石墨烯(GO)的制备39-41

2.3.2 氨基修饰氧化石墨烯(GO-NH_2)的制备41-43

2.3.3 PEG修饰氧化石墨烯(GO-PEG)的制备43-46

2.3.4 NH_2-GO-PEG共价键载药的初步尝试46-47

2.4 本章小结47-49

参考文献49-51
第三章 刺激-响应性聚合物接枝氧化石墨烯的制备及表征51-65

3.1 引言51-52

3.2 实验部分52-55

3.

2.1 原料和试剂52-53

3.

2.2 氧化石墨烯(GO)的制备53

3.

2.3 PNIPAM改性氧化石墨烯的制备53-54

3.

2.4 PAA改性氧化石墨烯的制备54

3.

2.5 测试仪器及表征54-55

3.3 结果与讨论55-62

3.1 PNIPAM改性氧化石墨烯的制备55-58

3.2 PAA改性氧化石墨烯的制备58-62

3.4 本章小结62-63

参考文献63-65
第四章 石墨烯运用于锂离子电池正极材料的初步探讨65-87

4.1 引言65-67

4.2 实验部分67-70

4.

2.1 原料和试剂67

4.

2.2 石墨烯的化学氧化-还原法制备67-68

4.

2.1 维生素C还原氧化石墨烯67

4.

2.2 水合肼还原氧化石墨烯67-68

4.

2.3 碳热还原法制备LiFePO_4/Graphene/C复合材料68

4.

2.3.1 氧化石墨烯/Fe2O_3的制备68

4.

2.3.2 碳热还原法制备石墨烯/LiFePO_4复合材料68

4.

2.4 水热法制备石墨烯/LiFePO_4复合材料68

4.

2.5 测试仪器及表征68-70

4.3 结果与讨论70-83
4.

3.1 石墨烯的制备及其用作锂离子动力电池导电剂的尝试70-78

4.3.

1.1 石墨烯的化学氧化-还原法制备70-72

4.3.

1.2 石墨烯用作锂离子动力电池正极导电剂的尝试72-78

4.3.2 碳热还原法制备LiFePO_4/Graphene/C复合材料78-81
4.3.

2.1 氧化石墨烯/Fe_2O_3复合材料的制备78-79

4.3.

2.2 碳热还原法制备LiFePO_4/Graphene/C复合材料79-81

4.3.3 水热法制备石墨烯/LiFePO_4复合材料81-83

4.4 本章小结83-84

参考文献84-87
第五章 全文总结87-89
论文发表及专利申请情况89-91
致谢91-92