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石墨烯(graphene)是一种由单层碳原子通过sp2杂化轨道形成的六元环蜂窝网状结构的二维平面材料。Graphene自身的半金属性、高电子迁移率、很大的比表面积、良好的透光性以及优异的导热性与力学性能,使得石墨烯在纳米尺度下和纳米复合材料中具有诸多应用前景。本文以Hummers法为基础,在不使用NO3-离子为氧化剂的条件下制备了氧化石墨(graphite oxide),利用超声分散的方式获得氧化石墨烯(graphene oxide, GO),并利用化学还原与光还原的方法制备了graphene。以这些材料为基础,通过无机与有机修饰手段合成了三种石墨烯衍生物,将插层和接枝化合物运用于阻燃领域,并且利用纳米二氧化钛(TiO2)紫外光催化还原GO的产物作为对电极(counter electrodes, CEs)来代替传统染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells, DSCs)中的CEs材料铂(Pt)。主要工作如下：(1)利用两种不同的方法合成了两种不同形式的磷酸盐插层graphite oxide的化合物,且通过多种表征手段证明了磷酸盐在graphite oxide层间,并发现此类磷酸盐插层graphite oxide的化合物相互间作用力小且均匀分散,受热后的稳定性比纯净的graphite oxide有显著提高。因与聚丙烯的热分解温度匹配良好,可以在未来作为聚丙烯的阻燃添加剂。(2)采用氯化亚砜对GO处理以获得具有更高反应活性的酰基,再将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)接枝到graphene上形成graphene-DOPO。经拉曼检测后发现反应前后碳层结构发生了变化,且红外光谱检测出的有机官能团与X射线光电子能谱检测出的元素分布均显示graphene-DOPO的成功合成。Graphene-DOPO在乙醇、丙酮、四氢呋喃中良好的分散性,表明graphene-DOPO将会很简便的引入到其他热固性高分子材料中而不引发自身的团聚效应。graphene与含磷阻燃剂形成的接枝化合物可以作为一种新型无卤阻燃剂。(3)利用纳米TiO2颗粒紫外光催化还原GO形成TiO2-graphene复合材料。复合材料通过旋涂的方式在导电玻璃上形成的薄膜经测试可以作为DSCs的CEs,其光电转化效率最高可达4.39%。通过这种方法还可以将复合材料引入到柔性导电基底上,其光电转化效率为2.69%。