表面改性氧化石墨烯及石墨烯基复合材料的研究

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氧化石墨烯是一种二维层状结构的纳米材料,表面含有羟基、羧基和环氧基等含氧官能团,可通过与有机物、金属纳米粒子等作用而制得具有特殊性质的功能材料。基于氧化石墨烯的新型功能材料在太阳能电池、传感和催化等领域都展现出良好的应用前景,并成为近年来研究的热点。氧化石墨烯经还原后可得到石墨烯,其表面仍残留有部分含氧基团,使其导电性和导热性等受到一定的限制。但金属和金属氧化物纳米粒子恰好可以生长在其缺陷位处,并与残余含氧基团相互作用,从而得到一系列具有催化效果的纳米材料,这为催化领域的发展开辟了新的思路。  本文通过Hummers法制备了氧化石墨,并经过超声剥离得到单分散的氧化石墨烯(GO)。经过红外光谱仪和X射线衍射仪等分析测试,结果表明氧化石墨片层上含有大量含氧基团,使得碳原子层的层间距扩大,并具有良好的亲水性。以水合肼为还原剂制备了石墨烯(rGO),并通过分析测试知其含氧基团减少,热稳定性增加。  采用十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)、十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和溴代十六烷基吡啶(CPB)四种阳离子表面活性剂对氧化石墨进行了改性。经多种测试分析知,CTAB对GO的插层效果最佳。并以GO/CTAB为载体,分别选用浸渍法和沉淀法制备了负载铜钯金属物种的催化剂,比较了其对甲醇的氧化羰基化反应的催化活性。结果表明,经浸渍法制备的催化剂对该测试反应表现出较高的催化性能。  采用水热法合成了负载铜钯金属物种的石墨烯基催化剂,研究说明制备过程中添加聚乙烯吡咯烷酮(PVP)可以控制所负载金属纳米颗粒的大小和分散度。将由PVP修饰得到的催化剂应用于甲醇氧化羰基化反应中,其表现出一定的催化效果。
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