本文選題：二維材料　切入點：光響應(yīng)　出處：《北京科技大學(xué)》2018年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：向大自然學(xué)習(xí)是人類社會生存和發(fā)展的永恒主題。經(jīng)歷了億萬年的優(yōu)勝劣汰,自然界中的生命體已經(jīng)各自擁有了完美的結(jié)構(gòu)和功能。細胞膜上由蛋白質(zhì)構(gòu)成的離子通道和離子泵在各項生命活動中都起著重要的作用,它實現(xiàn)了細胞與外界環(huán)境的信號傳遞、能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)傳輸?shù)取ｋS著納米生物技術(shù)、材料科學(xué)等的快速發(fā)展,并受細胞膜結(jié)構(gòu)和功能的啟發(fā),仿生智能納米離子通道被廣泛研究。在很早之前,人們就開始研究通過光、pH、溫度等不同的物理、化學(xué)刺激來刺激響應(yīng)性分子實現(xiàn)不同功能的調(diào)控。本論文以二維層狀氧化石墨烯納米流體系統(tǒng)為主體,同時引入了響應(yīng)性分子,研究了具有光響應(yīng)特性的二維納米流體系統(tǒng)在離子傳輸及能量轉(zhuǎn)換方面的特性。本論文的研究工作如下:1.構(gòu)建了氧化石墨烯多層膜,這種膜是通過對氧化石墨烯分散液進行真空抽濾、溫和熱處理得到的,通過這種方法制備的氧化石墨烯多層膜具有規(guī)整的層間結(jié)構(gòu),并且能夠在水溶液中穩(wěn)定存在。這種自堆積構(gòu)建二維納米流體器件的方法制備過程簡單、快速、易行、有效,可在多種材料中推廣應(yīng)用,同時,賦予二維納米流體系統(tǒng)適應(yīng)不同環(huán)境的能力和離子傳輸特性,為新型納米、亞納米尺寸的離子傳輸行為提供了一條通往實際應(yīng)用的道路。2.構(gòu)筑了具有光控非對稱離子輸運特性的二維納米流體器件。應(yīng)用溶液滴鑄的方法將螺吡喃分子修飾到氧化石墨烯多層膜上,構(gòu)建了一種基于化學(xué)改性氧化石墨烯的二維納米流體器件。這種方法是通過將螺吡喃分子的乙醇溶液滴加到氧化石墨烯多層膜的上表面,并使螺吡喃分子滲透進入膜下數(shù)層與氧化石墨烯納米片結(jié)合來實現(xiàn)的。通過這種方法制備的改性氧化石墨烯多層膜具有光控離子電流整流特性。在紫外光照下,離子電流整流比會顯著增大,最大整流比是48,并且在可見光照下能夠完美的回復(fù)到初始狀態(tài)。這種光控二維納米流體器件在能量轉(zhuǎn)換、化學(xué)傳感、水處理等方面都有廣泛的應(yīng)用。3.構(gòu)筑了具有光響應(yīng)特性的氧化石墨烯二維層狀膜納米流體產(chǎn)能裝置。首先在本體溶液中對氧化石墨烯進行化學(xué)改性,在π-π分子間作用力、靜電力等作用下,使納米片表面分別附著上光酸分子和光堿分子。然后通過依次抽濾的方法成功構(gòu)建了改性氧化石墨烯二維層狀膜納米流體器件。這種在氧化石墨烯本體溶液中進行的改性方法高效、簡便、易行,并且能對納米片進行充分的修飾。通過這種方法得到的二維納米流體器件依然具有規(guī)整的層間結(jié)構(gòu),并且在水溶液中的穩(wěn)定性強,可以推廣到多種實際應(yīng)用中。最后,通過外加光照對氧化石墨烯膜上附著的光酸分子和光堿分子的作用,使電解液的局部濃度發(fā)生變化,產(chǎn)生了質(zhì)子非對稱性,根據(jù)濃差-電能的能量轉(zhuǎn)換機理,該二維納米流體器件能夠把光能轉(zhuǎn)變成濃差進而轉(zhuǎn)變成離子電流,并且隨著光照的打開關(guān)閉,該過程可循環(huán)多次進行。我們的研究結(jié)果也可以進一步推廣,應(yīng)用到其他的二維納米流體產(chǎn)能器件中。
[Abstract]:鍚戝ぇ鑷劧瀛︿範(fàn)鏄漢綾葷ぞ浼氱敓瀛樺拰鍙戝睍鐨勬案鎭掍富棰，

本文編號：1616869