石墨烯基复合材料的制备及其荧光性能的研究

【摘要】2004年Novoselov等人应用机械剥离法直接观察表征得到石墨烯的形貌[1]。石墨烯是一种由单层sp2杂化的碳原子紧密堆积而成的六方晶格结构的二维晶体。它拥有很多优异的性质，其在室温下载流子密度可以达到1012cm‐2[2],比表面积的理论值达到2630m2g‐1[3]，导热率高达5000Wm‐1K‐1[4]以及97.7%的光透射率[5]。为了充分发挥石墨烯的优异性能，科学家们探索了多种制备手段，比如化学气相沉积法、机械剥离法以及氧化还原法等。其中，氧化还原法是一种可以低成本、大批量制备石墨烯的方法，反应过程中会在石墨层间引入含氧官能团，既减弱了石墨层间的分子间作用力，又生成一种过程产物氧化石墨，氧化石墨是功能化修饰石墨烯制备石墨烯复合材料的重要基础原料。目前，大批量制备具有高导电性能的石墨烯的方法还不成熟，很多学者探索了一些基于石墨烯的复合材料的制备，我们可以将聚合物、无机纳米粒子、有机分子等物质与石墨烯结合制备复合材料，它们可以应用在传感器、超级电容器、燃料电池等领域。石墨烯复合材料有一个很大的优点就是通过改变形貌尺寸、还原程度以及修饰成分等因素，人们可以调控其性能。本文就是应用表面修饰的方法对石墨烯的荧光性能进行调控。第二章，本文介绍了一种改进的制备氧化石墨的方法，反应全程不超过50摄氏度，反应结束可以稳定获得氧化石墨的亮黄色酸溶液，而不会出现砖红色的情况。经XRD、XPS以及热重分析等表征手段，证明这种方法是一种简便稳定的制备高氧化程度的氧化石墨的合成方法。第三章，本文通过溶剂热法和溶液法两步在氧化石墨烯上修饰肉桂酰胺，利用肉桂酰胺的光异构化作用对氧化石墨烯的光致发光性能进行增强。通过XPS、热重分析、红外光谱以及液体核磁等表征手段证实合成的有效性，而经荧光测试，在特定波长的光照下，肉桂酰胺的光异构化总用可以使复合物的荧光强度增强50%以上。随后我们向体系中引入葫芦脲[7]这种大环分子，以超强的亲合力与肉桂酰胺形成包结作用，阻碍肉桂酰胺与氧化石墨sp2碳原子骨架之间的作用，经荧光测试，淬灭效果明显。综上，我们应用一种改进的方法合成高氧化程度的氧化石墨作为原料，通过化学修饰的手段在氧化石墨烯上修饰了光敏分子，光敏分子对特定波长光源的产生响应，使得修饰后的复合物光致发光强度增强，最后我们应用大环分子与光敏分子形成包结，达到淬灭荧光的目的。本文介绍了一种调控氧化石墨烯荧光性能的方式，为调控石墨烯的性能提供了一种新思路。
【作者】程刚；
【导师】冯守华；
【作者基本信息】吉林大学，无机化学，2014，硕士
【关键词】石墨烯；表面修饰；光致发光；葫芦脲；

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