新型聚吡咯/碳纳米复合材料的制备和应用研究

【摘要】以碳纳米管和石墨烯为代表的碳纳米材料由于在电子、光学、机械和化学方面特有的优异性能,在纳米电子学、光电子学、储氢材料、传感器和超级电容器方面具有极大的应用潜力。导电聚合物则无论在原始状态或掺杂后的金属导体状态都具有高储能容量、良好的导电性、氧化还原可逆性和环境稳定性,因此被广泛用于有机发光二极管、光电池、有机场效应晶体管、有机激光器、太阳能电池和超级电容器。导电聚合物与碳纳米材料复合可兼备各组分的优异性能,为各种电子设备应用的进一步发展提供了可能。本论文研究了新型导电聚合物修饰碳纳米复合材料的制备及应用,主要工作如下：(1)利用FeCl2/H2O2体系氧化聚合吡咯单体制备粒径700-800nm的聚吡咯(PPy)微球,该微球在水中具有很好的分散性。将其作为模板,通过静电和π-π作用与氧化石墨烯(GO)进行复合,然后用水合肼还原,得到聚毗咯/还原氧化石墨烯(PPy/RGO)核壳复合微球。该复合材料修饰电极作为多巴胺(DA)传感器有着很高的灵敏度、选择性以及很好的稳定性。在0.01-10μM线性范围内灵敏度达到6.33μA/μM,检测限低至1nM。与已报道的文献相比较,性能有了明显提高。(2)采用原位聚合法,通过静电和π-π作用将高分散PPy纳米粒子修饰GO片层,再用水合肼还原制得RGO/PPy纳米复合材料。修饰的PPy纳米粒子之间的静电排斥作用阻止了RGO片层团聚,显著提高了复合材料的分散性及有效表面积。用其制得的DA传感器在0.001-10μM线性范围内灵敏度为7.37μA/μM,检测限达到了0.3nM,并且在实际样品(血样、尿样)的检测中其优异性能得到了进一步的印证。(3)使用HAuCl4作为氧化剂在GO分散液中氧化聚合吡咯单体,水合肼还原,制备纳米金粒子修饰的PPy/RGO复合片层。复合材料表面具有明显褶皱和花瓣状纳米金粒子,用其制备的DA传感器在0.1-5000nM的线性范围内表现出了卓越的灵敏度(16.40μA/μM),检测限低至18.29pM。同时,在多种干扰物质(UA、AA、NE等)存在下,其性能仍然十分稳定。(4)首次通过原位聚合法将高分散PPy修饰纯碳纳米管(CNT),制备了CNT/PPy核壳复合材料。PPy纳米粒子之间的静电排斥作用防止了CNT团聚,显著提高其分散性及有效表面积。复合材料在1M的KC1电解质中的比电容达到了276.3Fg-1,为纯碳纳米管四倍,常温下能量密度为24.56Whkg-1,并且循环1000圈后比电容仍然达到了初始数值的86.4%。
【作者】钱涛；
【导师】沈健；吴石山；
【作者基本信息】南京大学，高分子化学与物理，2014，博士
【关键词】石墨烯；碳纳米管；聚吡咯；传感器；超级电容器；

【参考文献】
[1]安尼瓦尔·买买提,杨元合,郭兆迪,方精云.新疆天山中段巴音布鲁克高山草地碳含量及其垂直分布[J].植物生态学报,2006,04:545-552.
[2]甘圣昊.基于无线传感器网络的人工气候室监控系统研究与实现[D].南京邮电大学,控制工程（专业学位）,2013,硕士.
[3]谢洪壮.财政支持的新型农村养老保险研究[D].哈尔滨工业大学,行政管理,2013,硕士.
[4]冯兆美.公司僵局法律救济途径研究[D].西南交通大学,经济法学,2012,硕士.
[5]王安康.振兴上海现代服务业的战略举措[J].上海企业.2006(02)
[6]董文裕.组织学习下企业战略网络结构对创新绩效的影响研究[D].武汉理工大学,管理科学与工程,2012,硕士.
[7]王立皓.多酸—金属纳米粒子协同促进二氧化钛光电性能的研究[D].东北师范大学,无机化学,2014,博士.
[8]陈亚南.苯妥英钠和奥拉西坦对昆明小鼠海马、小脑神经细胞凋亡及Bcl-2、Bax表达的影响[D].河北医科大学,神经病学,2014,硕士.
[9]孟琴.初中英语教师的互动教学决策研究[D].华中师范大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[10]陈文菊.西北地区石油物探技术交流会在兰州召开[J].石油地球物理勘探,1991,05:616.
[11]孙海祥.MPSK高速解调技术研究[D].西安电子科技大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[12]任晓楠.硒化锌纳米薄膜和纳米柱的制备及光学特性研究[D].哈尔滨工业大学,光学,2013,硕士.
[13]康海涛.物理冶金多晶硅太阳电池三层氮化硅薄膜的设计及研制[D].内蒙古大学,物理电子学,2014,硕士.
[14]阴聚乾.基于SAW器件“ZnO/（100）AlN/Diamond”多层膜的制备研究[D].天津理工大学,微电子学与固体电子学,2013,硕士.
[15]伊娜.吉林省科技基础资源评价研究[D].吉林大学,技术经济及管理,2013,硕士.
[16]袁汀.RSA患者外周血Th17和Treg细胞特异性转录因子与相关细胞因子的初步研究[D].郑州大学,临床检验诊断学,2013,硕士.
[17]孙丽华.《人性的污秽》的身份危机[D].河北师范大学,英语语言文学,2013,硕士.
[18]彭永健,张安强,马新,孙培龙.玉竹多糖超声提取工艺优化及其保湿性研究[J].食品科学,2012,14:96-99.
[19]熊小华.无线传感器网络的节点定位算法研究[D].浙江工业大学,2009.
[20]闫晓静.对泰汉语教学中有标记并列复句的偏误分析及教学刍议[D].广西师范大学,语言学及应用语言学,2014,硕士.
[21]杨帆,曹德昌,杨学军,高瑞如,黄振英.盐生植物角果碱蓬种子二型性对环境的适应策略[J].植物生态学报,2012,08:781-790.
[22]罗伟节.浙江省产业集群转型升级的战略研究[D].浙江工业大学,2013.
[23]陈作炳,乔红伟,刘军.陶瓷窑变结构温度控制系统的设计[J].自动化学报,1998,05:112-115.
[24]李宁.中西医结合优化方案治疗淤积性皮炎的临床研究[D].黑龙江中医药大学,中医学（专业学位）,2013,硕士.
[25]杨毅.苦参总碱、叶绿酸铜钠和三苯氧胺对HT29细胞环氧化酶功能的影响[D].浙江大学,肿瘤学,2004,硕士.
[26]邱扬,李湛东,张玉钧,徐化成,于汝元,张希来.大兴安岭北部地区原始林白桦种群的世代结构[J].植物生态学报,2006,05:753-762.
[27]王振宇.商务智能系统中流程挖掘评估体系的研究与设计[D].山东大学,电子商务与信息技术,2013,硕士.
[28]韩镇.嗜热杂合酶的设计、克隆表达与性质表征[D].吉林大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[29]王凯.pH响应智能聚合物用于基因输送研究[D].浙江大学,生物化工,2013,硕士.
[30]董贺.新世纪中国国际秩序观研究[D].吉林大学,国际政治,2014,硕士.
[31]刘立志.决策支持系统中数据展现的设计与实现[D].中南大学,2004.
[32]李小飞.乌鲁木齐河流域湿季水体中稳定同位素特征及其示踪意义[D].西北师范大学,环境科学,2013,硕士.
[33]孔祥广.楼市调控背景下中国房价决定因素与对策研究[D].中国矿业大学,金融工程与风险管理,2014,硕士.
[34]吴亚南.提升小学教师幸福感对策研究[D].鲁东大学,教育管理（专业学位）,2013,硕士.
[35]陈艳云.《四库全书》所载岳飞墓庙资料研究[D].南昌大学,中国古典文献学,2014,硕士.
[36]张晓平.金黄色葡萄球菌耐药机制与分子流行病学研究[D].扬州大学,预防兽医学,2012,硕士.
[37]杨鹏.过氧化氢胁迫下耐辐射奇球菌中FMN riboswitch的功能研究[D].浙江理工大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[38]刘贤麟.GPS软件接收机建模仿真与抗干扰性能研究[D].西安电子科技大学,通信与信息系统,2012,硕士.
[39]娄群.质子交换膜燃料电池阴极电催化剂的制备与表征[D].北京化工大学,2012.
[40]王瑞.FTY720对人胰腺癌Miopac2细胞增殖和凋亡的作用研究[D].天津医科大学,药理学,2009,硕士.
[41]邹丹.归因理论在高中生物问题解决教学中的应用研究[D].温州大学,课程与教学论,2012,硕士.
[42]李冰.兰州铁路局竞争力评价与提升研究[D].西安理工大学,工商管理,2003,硕士.
[43]王宗喆.漫谈家用电热水器的安全性能[J].现代家电.1999(03)
[44]张玉丽.乾北油田油藏评价研究[D].东北石油大学,地质工程（专业学位）,2013,硕士.
[45]张卓.银行储蓄管理系统的设计与实现[D].吉林大学,软件工程,2013,硕士.
[46]刘婷婷.共振瑞利散射测定头孢药物的方法研究[D].沈阳理工大学,环境工程,2013,硕士.
[47]梁艳.欧阳修书论研究[D].吉林大学,中国古代文学,2014,硕士.
[48]翟雪豔.《國語》謂語動詞研究[D].南京大学,漢語言文字學,2013,硕士.
[49]杨威.英语基本层次的动物名称跨范畴现象研究[D].吉林大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[50]罗然.网络媒体传播的局限性问题及规避研究[D].广西大学,传播学,2004,硕士.