文档介绍：石墨烯的功能化
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主要内容
1
石墨烯的特性简介
2
石墨烯的共价键功能化
3
石墨烯的非共价键功能化
4
石墨烯功能化的应用
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一、石墨烯的特性
以sp2杂化轨道组成六角形呈蜂巢晶格的二维材料
是世界上最坚硬的纳米材料
是构成其他碳族材料的基本单元
能够在常温下观察到量子霍尔效应
拥有超大的比表面积和超强的传热导电性能
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石墨烯研究难题
(1)化学稳定性较高、不亲水
(2)与其他介质的相互作用弱、难溶于有机溶剂
(3)层与层之间有较强的范德华力,容易产生聚集
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二、石墨烯的共价键功能化
石墨烯的共价键功能化是目前研究最为广泛的功能化方法。虽然石墨烯的主体是稳定的苯六元环结构,但其边缘及缺陷部位有较高的活性,经氧化后的石墨烯表面含有大量的活性环氧基团,如羟基、羧基等,因此可以利用多种化学反应对其进行共价键改性。从所用的改性剂可以将共价键功能化分为有机小分子共价键功能化和聚合物共价键功能化
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1、小分子共价键功能化
异氰酸酯
双亲氧化石墨烯
磺酸基功能化
磺化改性
可以在DMF等多种极性非质子溶剂中均匀稳定分散,该方法对反应条件要求不高,操作简单且反应效率高,但是异氰酸酯为剧毒物质图1 异氰酸酯与石墨烯反应机理
以六甲基二异氰酸酯为偶联剂,然后与乳化剂T-80反应得到的双亲氧化石墨烯在水和氯仿及己烷等溶剂中稳定分散
功能化的石墨烯不仅导电性高,而且水溶性、分散稳定性和表面活性都大大提高
磺化石墨烯对萘和1-- g.-1,这是已报道纳米材料中的最高值,对环境污染处理意义重大
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图1 异氰酸酯与石墨烯反应机理
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2、聚合物共价键功能化
分散法:通过键接在石墨烯表面的引发单体聚合,在石墨烯或者氧化石墨烯表面或者边缘部位发生接枝聚合。氧化石墨烯的聚合物共价键功能化方法中运用最多的是原子转移自由基聚合(ATRP)
收敛法:通过聚合物上反应官能团与石墨烯或氧化石墨烯上的官能团反应实现的,在石墨烯上引入聚合物引发基团然后原位生长聚合物,这种方法主要依赖于氧化石墨烯表面的特定引发剂
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(1)分散法
BMPB
PS-PAM功能化
植物衍生物
氨基功能化
该方法得到的氧化石墨烯在N-N-二甲基甲酰胺、甲苯、氯仿和二氯甲烷中有稳定的分散性
进一步改善了石墨烯的溶解性,得到了具有两亲性的石墨烯。且此功能化的石墨烯可以作为添加剂,在多种聚合物中均匀分散
不仅能够在DMF中均匀分散,导电性和导热性都有显著提高。同时使得植物资源可持续利用
使其热稳定性明显提高,但在DMF中的稳定分散性变差了。
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图3 在 APRT 引发下苯乙烯对氧化石墨烯改性反应
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