本文關鍵詞： 石墨烯 卟啉 共價修飾 雜化材料　出處：《東南大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：2004年,A. K. Geimand和K. S. Novoselvo利用機械剝離法,首次成功制備出了石墨烯,在之后的10年里,這種二維的碳材料在全球引起了廣泛的研究熱潮。它具有非常優(yōu)異的物理化學性質,是導熱性最好的、電子傳遞速度最快和最堅硬的材料。但是,石墨烯的溶劑分散性很差,使其大規(guī)模制備加工及應用受到限制。研究者希望利用改性的方法來提高其溶劑分散性和可加工性,而化學功能化是其中最為有效的方法。通過在石墨烯分子上引入功能分子,能夠得到綜合石墨烯和功能分子優(yōu)異性能的多功能復合材料。卟啉被稱之為“生命的色素”,廣泛存在于自然界的生命體內,如動物血液中的血紅素就是一種鐵卟啉,而綠色植物葉綠體中葉綠素就是一種鎂卟啉化合物。卟啉是由四個吡咯環(huán)通過次甲基連接形成的大π共軛體系,具有芳香性,是平面的剛性分子。石墨烯/卟啉復合材料具有電子給受體結構,在復合材料中,卟啉與石墨烯分子間能夠發(fā)生快速的電子轉移及能量傳遞,這使得復合材料具有非常優(yōu)異的光電化學性質,在非線性光學、光催化、傳感等領域具有廣泛的應用價。因此,我們希望通過簡單的方法合成石墨烯/卟啉復合材料,并研究其光電化學性能,探索其應用價值。而卟啉功能化石墨烯的方法主要有兩種,一種是利用π-π作用及靜電作用的非共價鍵結合方式,另一種是利用酯鍵、酰胺鍵及碳-碳鍵的共價鍵結合方式。前者由于其穩(wěn)定性較差,因此我們選擇共價結合的方式制備石墨烯/卟啉復合材料。具體工作如下：(1)設計并制備了兩種軸向共價連接的錫卟啉/石墨烯復合材料,即只在石墨烯邊緣引入卟啉的GO'SnP和在石墨烯分子邊緣和面內同時引入卟啉的GOSnP。并對它們進行光譜、熱重及電鏡表征,發(fā)現(xiàn)GOSnP與GO'SnP具有不同的形貌,并探究了形貌的形成機理及簡單的控制方法。比較GOSnP及GO'SnP的光限幅特性及光電流響應特性,并探究了形貌對于它們電化學性質的影響。(2)設計并制備了非軸向共價連接的氨基卟啉/石墨烯復合材料,只在邊緣引入卟啉的GO'TAPP及在邊緣和面內同時引入卟啉的GOTAPP。對其進行光譜、熱重、電鏡表征,并以亞甲基藍為目標物,研究了它們的光催化降解性能。(3)設計并合成了具有電子“受體-給體-受體”結構的石墨烯/卟啉/富勒烯復合材料GOTAPP-C60,對其進行了光譜、電鏡及熱重表征,并比較了它與GOATPP的光催化降解亞甲基藍的能力。
[Abstract]:In 2004, graphene was successfully prepared by mechanical stripping method. In the following 10 years, this two-dimensional carbon material caused a worldwide research boom. It has excellent physical and chemical properties. The materials with the best thermal conductivity, the fastest electron transfer rate and the hardest. However, the solvent dispersion of graphene is very poor. Researchers hope to use modified methods to improve the dispersion and processability of solvents, among which chemical functionalization is the most effective one by introducing functional molecules into graphene molecules. Porphyrin is known as "the pigment of life" and widely exists in the living body of nature, such as heme in animal blood is a kind of iron porphyrin. In green plant chloroplasts, chlorophyll is a magnesium porphyrin compound. Porphyrin is a large 蟺 conjugate system formed by four pyrrole rings connected by methylene. Graphene / porphyrin composite has the structure of electron donor receptor, in which the electron transfer and energy transfer can occur between porphyrin and graphene molecules. As a result, the composites have excellent photochemical properties and are widely used in nonlinear optics, photocatalysis, sensing and so on. Therefore, we hope to synthesize graphene / porphyrin composites by a simple method. The photoelectrochemical properties of porphyrin functionalized graphene were studied and its application value was explored. There are two main methods of porphyrin functionalized graphene, one is the non-covalent bonding mode by 蟺-蟺 interaction and electrostatic action, the other is the use of ester bond. The covalent bonding of amide bond and carbon-carbon bond. Therefore, we choose covalent bonding method to prepare graphene / porphyrin composites. The specific work is as follows: 1) two kinds of axially covalently bonded tin porphyrin / graphene composites have been designed and prepared. In other words, only porphyrin GO'SnP was introduced at the edge of graphene and GOSnP at the same time on the edge and in plane of graphene was introduced. The spectra, thermogravimetric and electron microscopy analysis showed that GOSnP and GO'SnP had different morphologies. The formation mechanism of morphology and the simple control method are discussed. The optical limiting characteristics and photocurrent response characteristics of GOSnP and GO'SnP are compared. The influence of morphology on their electrochemical properties was investigated. The non-axially covalently bonded amino-porphyrin / graphene composites were designed and fabricated. Porphyrin GO'TAPP was introduced only at the edge and the porphyrin GOTAP was introduced simultaneously in the edge and in the plane. The spectra, thermogravimetry and electron microscope were used to characterize the porphyrin, and methylene blue was used as the target material. Their photocatalytic degradation properties were studied. The graphene / porphyrin / fullerene composite GOTAPP-C60 with the structure of electron receptor-donor-receptor was designed and synthesized. It was characterized by spectra, electron microscopy and thermogravimetry. The photocatalytic degradation of methylene blue was compared with that of GOATPP.
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ127.11

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本文編號：1500880