二元胺对氧化石墨烯表面修饰的研究

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为了充分发挥石墨烯的优良性能,扩展石墨烯的应用范围,同时制备新型的功能化石墨烯材料,本实验初步尝试将氨基化技术运用到石墨烯表面,拟制备一种功能强大的新型石墨烯材料。  基于上述的思想,本文首先采用 Hummers法以天然鳞片状石墨(NG)为原料,制备氧化石墨烯(GO),通过红外光谱(FTIR)、原子力显微镜(AFM)以及透射电镜(TEM)等方法,表征其结构、组成和形貌。  其次,以乙二胺为改性剂,化学还原氧化石墨烯(CRGO)或氨基化氧化石墨烯(GO-NH2/EDA),随后通过一定的测试方法,表征CRGO/EDA及GO-NH2/EDA的结构、组成和形貌。经 FTIR分析发现含氮基团,表明乙二胺上的氨基与氧化石墨烯上的含氧官能团发生反应;当反应温度不同时,从TGA中可以看出,60℃下生成的GO-NH2/EDA的热失重最大,化学共价键最多,氧化石墨烯的表面修饰效果最好。从XRD分析发现,当温度为反应60℃时,GO-NH2/EDA衍射峰强度最大,说明HATU有活化GO表面的官能团,改善胺基化程度的效果。  然后,又用乙二胺(EDA),丁二胺(DAB)和己二胺(HMD)分别与氧化石墨烯反应,研究碳链长度对反应的影响。从氨基化氧化石墨烯的 XRD图中可以看出:随碳链长度增加,衍射峰角度依次减小,片层间距依次增大,表明己二胺表面修饰的氧化石墨烯不容易堆积。同时,由 FESEM可以看出,表面修饰的氧化石墨烯呈现絮状的薄纱结构,主要是由于引入的有机胺增加了片层间距,且链越长现象越明显,说明有机胺在一定程度上能有效阻止片层团聚。  最后,又探究了邻苯二胺(o-OPD)、间苯二胺(m-PDA)、对苯二胺(p-PDA)与氧化石墨烯的反应。由 FTIR分析知,氧化石墨烯上的含氧官能团减少,含氮基团和含苯环结构的特征峰出现,表明氧化石墨烯得到了一定的有机胺修饰。由 XRD分析知, GO-NH2/m-PDA衍射峰度数最小,最有利于增加片层间距,修饰效果较好。由TGA分析知,GO-NH2/o-PDA在200-500℃内失重最大,失重率为22.02%,表明共价化学键最多,氨基化程度最强。GO-NH2/m-PDA的次之,GO-NH2/p-PDA的最差。  另外,用同碳原子数的己二胺与苯二胺分别对氧化石墨烯进行表面修饰,对比XRD发现,前者比后者的的衍射角要小,层间距要大,这表明直链状二元胺对氧化石墨烯的表面修饰比含苯环结构二元胺修饰的好。
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