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1、-范文最新推荐- 石墨烯的可控剪裁及其与聚苯胺的复合 摘要石墨烯和聚苯胺由于其自身优异的物理、化学性能可以在众多领域得到应用。聚苯胺和氧化石墨烯的复合材料近几年也被人们广泛研究。目前已报道的石墨烯或氧化石墨烯与聚苯胺的复合物分两大类：一维线与二维面的复合；二维面与二维面的复合。这类复合物因为各组分间的协同效应，具有优良的电化学性能，可作为超级电容器电极材料。已报道的制备方法有电化学原位阳极沉积法、化学原位聚合法（通常反应体系为水溶液）、微波辐射等。目前，关于石墨烯量子点/聚苯胺复合材料的研究内容很少。本采取了两种方式合成GQDs/PANI复合物：先分别用化学方法制得石墨烯量子点以及聚苯胺纳米纤
2、维，通过超声混合后进一步酸碱掺杂，简称“掺杂法”。二是先用化学方法制得GQDs，将GQDs引入苯胺的聚合过程中，简称“原位法”。以合成聚苯胺与石墨烯量子点高性能复合电极/探针材料为目标，利用部分还原的石墨量子点的羧基、羟基和环氧基，通过苯胺的原位聚合和机械混合，在聚苯胺中引入石墨烯量子点，获得石墨烯量子点/聚苯胺（GQDs/PANI）复合物。实验结果通过FT-IR、Raman、PL、UV、TEM等表征手段进行了检测。初步推测石墨烯量子点与聚苯胺之间可能存在三种作用形式：静电作用，氢键，化学掺杂,共轭作用。关键词石墨烯石墨烯量子点聚苯胺复合材料79
3、53毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleControllable trim of graphene and synthesis of its composite with polyaniline 1.3.2石墨烯量子点的制备111.4聚苯胺131.4.1聚苯胺简介141.4.2聚苯胺的制备151.5 本文主要工作内容15第二章 石墨烯的可控剪裁及其与聚苯胺的复合的初步探究162.1 引言162.2 实验部分162.2.1 主要试剂与仪器162.2.2 实验步骤172.2.2.1水热法制备石墨烯量子点172.2.2.2 掺杂法制备GQDs/PANI172.2.2.3 原位法制备GQDs/PA
4、NI182.3 实验结果表征与分析192.3.1 FT-IR表征与分析192.3.1.1 掺杂法制备GQDs/PANI的FT-IR表征与分析192.3.1.2原位法制备GQDs/PANI的FT-IR表征与分析202.3.2 Raman表征与分析212.3.2.1掺杂法制备GQDs/PANI的Raman表征与分析222.3.2.2 原位法制备GQDs/PANI的Raman表征与分析222.3.3 UV表征与分析232.3.3.1掺杂法制备GQDs/PANI的UV表征与分析242.3.3.2原位法制备GQDs/PANI的UV表征与分析252.3.4 TEM表征与分析272.3.4.1掺杂法制备GQ
5、Ds/PANI的TEM表征与分析272.3.4.2原位法制备GQDs/PANI的TEM表征与分析292.3.5 荧光表征与分析302.3.5.1 掺杂法制备GQDs/PANI的荧光表征与分析302.3.5.2原位法制备GQDs/PANI的荧光表征与分析312.4 本章结论32参考文献34第一章 绪论碳元素是自然界中非常重要和广泛存在的元素，有着非常重要的应用。它有很多的同素异形体，像金刚石，石墨和线性碳。1早在1924年科学家就确定了石墨和金刚石的结构，最近几十年来，科学家们又陆续发现了新的碳单质形态：富勒烯(1985年Smalley等人发现了富勒烯C60)，碳纳米管(1991年Iijima等
6、人2发现了碳纳米管)，石墨烯（2004年Geim等人3确定了石墨烯的存在）。碳族材料许多特异的性能也被人们重视起来。三维的石墨、金刚石，二维的碳纳米管，一维的石墨烯和零维的富勒烯构成了完整的碳族材料体系。特别是石墨烯，表现出许多特异的性能，引起了许多学者的研究兴趣。 图1-1 石墨类系列材料。石墨烯是组成其它石墨类材料的基石：通过包裹形成零维的球形富勒烯分子；沿某一方向卷可成一维纳米碳管；通过一层层地堆叠形成石墨体材料。1.1.2 石墨烯的制备方法目前关于石墨烯及氧化石墨的制备方法13大致有一下几种。第一种是化学气相沉积和取向生长。例如Blakely等人通过乙烯在镍表面的分解制备出石墨烯14。
7、第二种方法是石墨的微机械剥离方法。这种方法就是Geim等人第一次得到石墨烯所用的方法。人工机械剥离法通过使用胶带将石墨烯从石墨体材料中剥离出来。这种方法制备出的石墨烯质量非常的高，但是产量很低，目前实验室研究方面主要采用这种方法。1第三种方法是在导电表面如SiC取向生长。例如Shriram Shivaraman等人在SiC基体上取向生长制备出独立存在的石墨烯，并且发现制备出的石墨烯没有被化学修饰15。第四种方法是通过石墨，石墨衍生物（如氧化石墨）和石墨插层复合物的胶体悬浮液制备石墨烯。1.2氧化石墨烯如上所述，石墨烯为二维蜂窝状网络结构，由许多六元碳环组成。为了改进石墨烯的分散性能，利用石墨烯
8、许多优异的性能，研究者们把石墨进行化学氧化，制备出了氧化石墨。单层氧化石墨就称之为氧化石墨烯。1.2.1 氧化石墨烯简介氧化石墨（Graphite Oxide，简称GO）是一种多氧的含碳的层状结构材料，GO是结晶性高的石墨强力氧化后加水分解得到的化合物，与氟化石墨一样可以归类为有共价键的石墨层间化合物。氧化石墨的每一个薄层本质上都是一个含氧的石墨烯薄片，我们把它称为氧化石墨烯。根据目前的研究报道，在GO的表面与底部是由含有羟基与环氧基的sp3杂化的碳原子组成，在GO的边缘是由含有羧基和羰基的sp2杂化的碳原子组成。 图 1-3石墨烯量子点的荧光现象以及结构341.3.2石墨烯量子点的制备大部分
9、GQD电子设备通过光刻技术制造1：1. 制备单层石墨烯晶体。（材料：HOPG、100 纳米SiO2/Si 衬底、胶带）2. 使用拉曼光谱确认单层石墨烯晶体。3. 电子束曝光和电子束蒸发镀金属制备源漏电极。Ti 厚度为2 nm，Au 厚度为40 nm。4. 金属溶脱（lift-off）。放入60°C丙酮溶液浸泡120 min。5. 电子束曝光和反应离子刻蚀制备石墨烯量子点结构。反应离子刻蚀使用气体为O2 和Ar（5：5）。光刻技术可实现宽度、直径下降到大约20 nm。然而，由于设备昂贵且难以获得平滑的边缘，这个物理方法受到很大限制35。近日美国莱斯大学研究人员开发出一种可将普通碳纤维制成
10、石墨烯量子点的新方法33。选择性地让碳纤维发生氧化，所得到的量子点不足5 nm，具有高溶解性。进一步实验显示，这些量子点的大小以及与此相关的光致发光特性可以在相对较低的制造温度下进行控制。在120 °C、100°C和80°C时，可获得发蓝色、绿色和黄色冷光（荧光）的量子点。发冷光（荧光）的特性使得石墨烯量子点在成像、蛋白质分析、细胞跟踪和其他生物医学领域应用前景广阔。未来在电子、光和医学领域将有巨大的应用潜力。这种一步到位的技术比现有的石墨烯量子点研制工艺更为简化，只需一个步骤就能得到大量量子点，且原料碳纤维便宜易得。图 1-4碳纤维切割为石墨烯量子点示意图33图 1-5石墨烯量子点分别溶解于(a) DMF和(b) DMSO33.图 1-6石墨烯量子点在不同反应温度下的颜色坐标调整33.Dengyu Pan等人提出一种新型且简易的水热法将GSs切割为表面功能化GQDs（平均直径约9.6nm）35。表面功能化GQDs具有明亮的蓝色光致发光（PL），极微GQDs所表现出来的大边界效应直接诱发产生蓝光和新的紫外-可见吸收谱带36。 11 / 12
