發(fā)布時間：2017-10-04 19:32

  本文關鍵詞：利用石墨烯調控功能材料的結構及性能

  更多相關文章： 石墨烯 GO MnO_2 納米花球 空心納米球 高分子復合膜 催化 自組裝

【摘要】：近年來,基于石墨烯的復合物、復合膜,以及利用石墨烯合成納米材料成為研究熱點。石墨烯/Mn02復合物將石墨烯的導電性能和Mn02的催化性能集于一身,調節(jié)復合物中Mn02的形貌是提高復合物催化性能的一種方法。在本文中,我們通過改變水熱反應條件,以氧化石墨烯(graphene oxide, GO)為模板、KMnO4和MnSO4為前驅體調控GO/MnO2復合物中Mn02的形貌,得到GO納米片/γ型Mn02納米花球復合物。分布在GO納米片的面上和邊上的Mn02納米花球的橫向尺寸約300-500 nm,由厚度為20 nm左右的Mn02納米片堆積而成。GO/MnO2復合物對亞甲基藍(methylene blue, MB)的降解具有最快的催化速率,150s時達到對MB的完全降解。GO/MnO2復合物超快的催化速率主要是由于GO和Mn02之間的協(xié)同效應所致,GO納米片不僅為MB的吸附提高了較大的比表面積,而且還作為電子轉移的載體,加快MB的氧化分解。超薄Mn02空心納米球(ultrathin MnO2 hollow nanoballoons, UMHNBs)具有高界面原子比率,有望優(yōu)化性能。由于很難控制晶胞濃度,其合成是一個難題。本文以單層GO為還原劑、KMnO4為氧化劑,深入分析Hummers法制備GO過程中KMnO4被還原的機理,通過KMnO4與GO反應、瞬間冷凍干燥一步合成直徑大約為30-500 nm、殼厚度為3.7 nm、由五層[MnO6]晶胞以S-MnO2形式堆積而成的UMHNBs。UMHNBs具有到目前為止最高的催化活性,單位質量的催化劑降解的MB質量為7.69 mg/mg,是文獻報道的最大值的15倍,且多次催化后催化效率和結構穩(wěn)定性良好。石墨烯／聚合物復合膜不但提高了石墨烯的穩(wěn)定性,還將石墨烯的導電性能、機械性能與聚合物的柔性相結合。但是,如何實現(xiàn)石墨烯在聚合物分子中的均勻分布是提高復合膜性能的首要難題。本文研究了GO和聚氯乙烯(poly vinyl chloride, PVC)的分散行為,制備穩(wěn)定的GO/PVC混合液。然后優(yōu)化還原劑[抗壞血酸(ascorbic acid, AA)、硼氫化鈉(NaBH4)、水合肼(N2H4H2O)、氫碘酸(HI)]、還原順序及制膜方式(先制膜后還原、先還原后制膜),實現(xiàn)了rGO在PVC基質中的均勻分布,獲得了兼具機械強度和柔性的rGO/PVC復合膜。本論文利用GO納米片構建大比表面催化劑、改善聚合物體系性能,基于膠體與界面科學深化了對GO和功能材料的認識,為基于GO的分子組裝和催化等領域的應用提供了新思路。
【關鍵詞】：石墨烯 GO MnO_2 納米花球 空心納米球 高分子復合膜 催化 自組裝
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O613.71
【目錄】：

• 中文摘要10-12
• Abstract12-14
• 第一章 前言14-40
• 1.1 石墨烯及氧化石墨烯(GO)14-22
• 1.1.1 石墨烯簡介及應用14
• 1.1.2 GO簡介及應用14-19
• 1.1.2.1 藥物載體14-16
• 1.1.2.2 光動力治療16-17
• 1.1.2.3 基因傳遞17-18
• 1.1.2.4 生物成像18-19
• 1.1.3 以石墨烯、GO為前驅體合成納米材料19-21
• 1.1.4 以石墨烯、GO為模板組裝復合物21-22
• 1.2 石墨烯/MnO_2復合物22-27
• 1.2.1 以GO為模板原位合成GO/MnO_2復合物22-25
• 1.2.2 組裝GO和MnO_2成石墨烯/MnO_2復合物25-27
• 1.3 MnO_2空心球27-33
• 1.3.1 MnO_2簡介27-28
• 1.3.2 MnO_2空心球28-33
• 1.3.2.1 模板法28-31
• 1.3.2.2 金屬離子輔助法31-33
• 1.4 石墨烯/聚合物復合物33-38
• 1.4.1 石墨烯/聚氯乙烯(PVC)復合膜36-38
• 1.5 課題的提出及主要內容38-40
• 第二章 實驗部分40-48
• 2.1 實驗試劑40
• 2.2 實驗方法40-44
• 2.2.1 GO的制備40-41
• 2.2.2 GO/MnO_2復合物的合成及其催化性能測試41-42
• 2.2.2.1 GO分散液、MnSO_4和KMnO_4溶液的配置41
• 2.2.2.2 GO/MnO_2復合物的合成41
• 2.2.2.3 GO/MnO_2復合物的性能測試41-42
• 2.2.3 超薄MnO_2空心納米球(ultrathin MnO_2 hollow nanoballoons,UMHNBs)的合成及其催化性能測試42-43
• 2.2.3.1 KMnO_4溶液的配置42
• 2.2.3.2 UMHNBs的合成42
• 2.2.3.3 MB工作曲線的繪制42
• 2.2.3.4 UMHNBs的催化性能測試42-43
• 2.2.4 rGO/PVC復合膜的制備43-44
• 2.2.4.1 不同質量分數(shù)的GO/PVC混合液的配制43
• 2.2.4.2 抗壞血酸(ascorbic acid,AA)還原不同質量分數(shù)的GO/PVC混合液43
• 2.2.4.3 NaBH_4還原不同質量分數(shù)的GO/PVC復合膜43
• 2.2.4.4 水合肼還原不同質量分數(shù)的GO/PVC復合膜43
• 2.2.4.5 HI蒸氣還原不同質量分數(shù)的GO/PVC復合膜43-44
• 2.3 儀器表征方法44-48
• 2.3.1 儀器型號44-45
• 2.3.2 樣品測試45-48
• 第三章 GO/MnO_2復合物的性能研究48-58
• 3.1 GO的形貌及厚度48
• 3.2 GO的UV-Vis、FTIR、Raman、XRD、XPS譜圖48-50
• 3.3 GO/MnO_2復合物的形貌50-51
• 3.4 GO/MnO_2復合物的UV-Vis、Raman、XRD、XPS譜圖51-53
• 3.5 GO/MnO_2復合物的形成機理53-55
• 3.6 GO/MnO_2復合物的催化性能及催化機理55-56
• 3.7 本章小結56-58
• 第四章 UMHNBs的性能研究58-68
• 4.1 UMHNBs的形貌58-59
• 4.2 UMHNBs的UV-Vis、FTIR、Raman、XRD、XPS譜圖59-62
• 4.3 UMHNBs的形成機理62-63
• 4.4 UMHNBs的催化性能63-64
• 4.5 UMHNBs的催化機理64-65
• 4.6 本章小結65-68
• 第五章 rGO/VC復合膜的性能研究68-76
• 5.1 rGO/PVC復合膜的形貌68-70
• 5.2 rGO/PVC復合膜的UV-Vis、FTIR、Raman譜圖70-72
• 5.3 rGO/PVC復合膜的柔性、機械性能、導電性能72-74
• 5.4 本章小結74-76
• 第六章 主要結論及創(chuàng)新點76-77
• 參考文獻77-88
• 致謝88-89
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文89-90
• 附件90

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