石墨烯的绿色制备及其功能性应用研究

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本论文针对目前化学还原氧化石墨制备石墨烯的过程中存在的问题,提出将具有还原能力且对环境友好的葡萄糖、果糖作为还原剂,有效的将氧化石墨还原,制备了石墨烯,并对制备的石墨烯(RGO)进行功能性应用研究。首先,使用Hummers法合成氧化石墨,并对合成氧化石墨(GO)工艺进一步优化;利用红外光谱(FTIR)、激光拉曼光谱(Raman).X-射线衍射仪(XRD).扫描电子显微镜(SEM)和四探针测试仪对合成产物进行表征分析。研究结果表明,所制备的GO表面含有大量的含氧官能团,且在水溶液、N,N-二甲基甲酰胺/水溶液和N,N-二甲基甲酰胺溶液中具有较好的分散性。其次,在不添加任何分散剂的情况下,分别以葡萄糖、果糖为还原剂,在水溶液中对GO还原得到RGO;利用FTIR、XRD、Raman和透射电子显微镜(TEM)对产物的结构形貌进行表征,并用四探针测试仪测定其电导率,并且对产物的分散性进行了研究。结果表明,葡萄糖还原所制备的RGO具有较高的电导率,其值可达37.5S/cm,而且其在水中具有良好的稳定分散性;另外,果糖对GO也有较好的还原效果,得到结构较好的RGO且同样具有较高的电导率,其值为34.8S/cmo最后,以聚苯胺(PANI)、酚醛树脂(PR)为原料,选葡萄糖作还原剂,合成了石墨烯/聚苯胺复合物和石墨烯/酚醛树脂复合物。采用FTIR、XRD、Raman.紫外可见光谱(UV-vis)和SEM对其进行结构和形貌分析,并且利用热重分析及四探针测试仪对其电导率和热稳定性进行测试分析。结果表明,添加RGO后,聚苯胺的电导率高达20.83S/cm,并且在800℃时,热失重只有9%;进一步研究表明,添加RGO后,PANI在无水乙醇中能够稳定分散。添加RGO后,PR的固含量提高,当RGO的含量为5%时,其值达到84%;另外,RGO的加入使得PR的残炭率提高,且随着RGO量的增加,而发生变化,当RGO的含量达到3%时,PR的残炭率可达61.2%,比PR本身的残炭率(45.9%)高了十几个百分点。热分析曲线也进一步表明,RGO的加入可使PR的耐热性能得到提高。
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