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石墨烯是一种新型纳米材料,它独特的结构使其具有卓越的电学性能和物理性能,广泛应用在纳米电子学、电子传感器、晶体管、太阳能电池、催化剂等多种领域。但石墨烯没有带隙、较为惰性、不易与其他材料复合。向石墨烯中引入氮原子,形成氮掺杂石墨烯,可以改变其电子结构,并打开石墨烯的带隙,从而使其具有更广泛的应用价值。本文采用水热法合成氮掺杂石墨烯,分别以氨水和甲酰胺为氮源与氧化石墨烯反应,生成氮掺杂石墨烯。通过调控反应条件,得到制备氮掺杂石墨烯的最适条件,即:以氨水为氮源,氧化石墨烯与氨水的质量比为1:24、反应温度为160℃、反应时间为12 h时,产品中氮原子数百分比为9.08%,氮元素主要以吡啶氮的形式掺杂到石墨骨架当中;以甲酰胺为氮源,氧化石墨与甲酰胺的质量比为1:100、反应温度为140℃、反应时间为12 h时,产品中氮原子数百分比为5.67%,氮元素主要以吡咯氮的形式掺杂到石墨骨架当中。以尿素为氮源,按照文献42的方法制得了氮掺杂石墨烯,并对其进行了表征。结合氨水、甲酰胺、尿素这三种氮源的实验结果,对石墨烯氮掺杂机理进行了推断。氮掺杂石墨烯具有一定的催化性,为了在反应结束后便于将其从反应体系中分离出来,可向氮掺杂石墨烯中引入磁性四氧化三铁,将其制成磁性复合材料。本文利用水热法,以氧化石墨烯和尿素铁为原料、氨水为氮源、乙二醇和氨水为还原剂、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂,在反应温度为200℃条件下反应12 h,一步反应生成氮掺杂石墨烯-四氧化三铁复合材料。利用红外光谱,X射线衍射光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜、透射电镜等手段对制备的复合材料进行表征,结果表明,四氧化三铁嵌入在氮掺杂石墨烯中,粒径大多小于200 nm;X射线光电子能谱显示,碳的原子百分比为70.34%,氮的原子百分比为5.43%,氧的原子百分比为21.23%,铁的原子百分比为3%,氮元素主要以吡啶型为主。用氮掺杂石墨烯-四氧化三铁复合材料作为甲苯氧化反应的催化剂,双氧水为氧化剂,并从反应温度、反应时间、溶剂的种类、双氧水加入量、催化剂用量、催化剂种类这六个方面,来考察影响甲苯催化氧化的因素。其中,反应温度60℃、反应时间12 h、采用冰醋酸为溶剂、甲苯与双氧水比例为1:4、催化剂0.2 g、催化剂吡啶氮含量最高时,所得的甲苯氧化物苯甲醛的收率最高。