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新型碳材料—碳纳米管及石墨烯的制备、修饰与初步应用研究

沈剑锋  
【摘要】: 碳材料在宇宙中广泛存在,其奇异独特的物性和多种性随人类文明的进步而逐渐被认识和利用。本文通过对两种纳米碳材料-碳纳米管(CNT)和石墨烯的制备、修饰和初步应用进行探讨,系统地研究了CNT和石墨烯这两种新型的材料,并通过一系列的测试手段对两者进行平行研究,比较两者的不同性能。具体研究内容如下: (1)在CNT的修饰及初步应用研究中,通过多步反应的方法对CNT进行纯化,同时引入羧基和羟基等官能团,使修饰后的CNT分散性大大加强。通过酰氯化和氨基化进一步对羧基化CNT进行修饰,制备得到氨基化CNT;利用原子转移活性聚合技术制得活性大分子引发剂,再在CNT上原位接枝聚苯乙烯-聚丙烯酰胺双亲性嵌段共聚物;通过原位聚合的方法制备带正电和负电的聚电解质/CNT复合材料,并分别在平面和球体上进行层层自组装;通过熔融混合环氧树脂与氨基化CNT制备复合材料。制备过程中控制温度、浓度比例提高复合材料的热学、力学性能。利用差示扫描量热仪、热失重分析、弯曲强度测试等研究不同氨基化CNT对环氧树脂的热学、力学性能影响;利用混合还原剂原位还原的方法将Pt-Co催化剂沉积在CNT表面,从而制备新型直接氧化甲醇的催化剂,并对其催化性能和抗一氧化碳中毒性能进行研究。 (2)在石墨烯的制备、修饰及初步应用研究中,将石墨与过氧化苯甲酰反应制得氧化石墨,超声制得氧化石墨烯(GOS)后原位还原制得石墨烯并对其反应机理进行研究;利用原子转移活性聚合技术制得活性大分子引发剂,再在石墨烯上原位接枝聚苯乙烯-聚丙烯酰胺双亲性嵌段共聚物,对其水溶性和油溶性进行研究;通过将GOS与溴代正丁烷反应制备烷基修饰亲油性石墨烯;通过两步二酰亚胺活化酰胺化制备了亲水性和亲油性的化学修饰石墨烯;通过原位聚合的方法制备带正电和负电的聚电解质/石墨烯复合材料,并进行层层自组装研究;高温下通过将乙酰丙酮铁在1-甲基毗咯烷酮溶剂中,在GOS表面沉积磁性纳米粒子制备GOS/磁性纳米粒子的复合材料,并对其磁学性能进行研究;通过原位还原的方法制备银纳米粒子/化学改性石墨烯的复合材料并对其表面增强拉曼效应及杀菌性能进行研究;利用混合还原剂原位还原的方法将Pt-Co催化剂沉积在石墨烯上制备新型直接氧化甲醇的催化剂,并对其催化性能和抗一氧化碳中毒性能进行研究;通过两步二酰亚胺活化酰胺化将牛血清白蛋白共价接枝到GOS表面并对其生物活性进行研究。


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