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碳纳米杂化材料的电学性质研究

谭琳  
【摘要】: 本文的主要研究工作是围绕着石墨烯和单壁碳管构筑新型的纳米杂化材料,并探讨了新型纳米杂化材料的电学与电化学性质。制备了β-CD/石墨烯杂化材料,ds-DNA/SWNT导电聚合物复合结构,对所得材料进行了深入的结构表征,研究其结构与电学性质的关系,探讨了这些新材料在导电柔性电极、太阳能电池与生物传感器等方面的应用前景。另外,通过搭建crossed-wire tunnel junction和STM break junction实验平台对OPE系列有机分子导线进行电学表征,为进一步开展分子电子学的研究打下了基础。 主要工作如下: 1.制备了β-CD非共价修饰石墨烯片,并研究多巴胺(DA)在该复合结构修饰电极上的电化学响应。与裸玻碳电极和纯石墨烯修饰的玻碳电极相比,β-CD/石墨烯复合结构修饰电极可以得到更低的检测下限,具有更宽的线性检测区,而且电极反应更加可逆稳定。同时,复合物修饰电极也显示出在大量抗坏血酸存在下精确测量多巴胺的能力。 2.制备了β-CD共价修饰石墨烯纳米复合结构,对比研究其与β-CD非共价修饰石墨烯,以及纯石墨等材料在修饰电极过程中电学性质的差异,探讨了提高石墨烯杂化材料电化学响应的机理。研究发现,石墨烯氧化还原过程中产生的结构上的缺陷为DA的氧化提供较多的活性点,而β-CD在石墨烯体系中的掺杂使石墨烯层间距变大,有效比表面积变大,从而改善复合结构的催化性能。然而,共价修饰的β-CD因为占据了石墨烯缺陷位置反而降低了石墨烯的催化能力。 3.制备了双链DNA非共价修饰单壁碳纳米管复合结构,并研究了其在自掺杂苯胺原位聚合过程中的催化性。发现双链DNA功能化的单壁碳管不仅可以加速聚合过程的发生,将硼掺杂的苯胺原位聚合速度提高4500倍以上,而且由于’双链DNA具有可以在中性条件下催化聚合反应发生的特性,拓宽了反应条件区间。生成的网络状复合结构克服了管壁间接触电阻,具有高导电性能,在制备柔性电学器件以及生物领域具有应用潜力。 4.我们成功地完成了crossed-wire tunnel junction和STM break junction实验平台的搭建、调试及测试工作,并将其应用于表征寡聚苯炔撑(OPE)系列分子导线电子输运性质。本系统主要用于分子电子学的测试,对OPE分子的实际测试表明,系统相对稳定,重现性好,使得研究单分子电导成为可能。两种测试方法得到的数据基本可以相互应证,说明这两种测试平台的测试结果是可信的。本测试平台的建立为分子电子学的研究打下了基础。


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