还原温度对氧化石墨官能团、结构及湿敏性能的影响

基于氧化石墨具有多种官能团，研究了还原温度对氧化石墨结构及湿敏性能的影响。在不同温度下，对改进Hummers法制备的高氧化程度氧化石墨薄膜进行了还原，制备了不同温度条件下还原的氧化石墨薄膜湿敏元件。采用FTIR、XRD和Raman对实验样品的官能团及结构变化属性进行表征分析。结果表明：石墨被氧化后，碳原子结构层上接入-OH、环氧基、C=0和COOH官能团，底面间距增大至0．9084nm；利用热还原法制备石墨烯的过程中，随着还原温度的升高，氧化石墨官能团逐渐热解．石墨化区域逐渐恢复但其相对尺寸减小．缺陷增多．氧化石墨的底面间距沿C轴方向由0．9084nm逐渐减小到0．4501nm：且不同温度还原的氧化石墨薄膜的电阻从10.32MΩ减小至41．1Ω。在11.3％～93．6％相对湿度范围内．不同温度还原的氧化石墨薄膜湿敏元件的电阻随湿度升高而显著减小；氧化石墨还原程度越高，响应时间越长，脱附时间越短；150℃还原的氧化石墨薄膜湿敏元件具有最佳的湿敏性能．

十六烷基三甲基溴化铵插层氧化石墨结构的分子模拟

利用分子模拟方法研究了十六烷基三甲基溴化铵（C16TAB）分子数对C16TAB/GO插层复合物的结构变化,探讨了C16TAB在GO层间的排列方式,并通过实验数据进行验证。模拟结果表明,优化后GO结构模型的层间距为0.849 nm;C16TAB/GO插层复合物的层间距随着C16TAB分子数的增加呈5个阶梯状逐渐增大,层间距分别为1.56、1.98、2.33、2.76和3.40 nm,插层饱和时C16TAB分子达到28个。实验结果显示,随着C16TAB分子数的增加,C16TAB/GO插层复合物的层间距逐渐增大,插层饱和时为3.40 nm,实验结果与模拟结果能够很好地吻合。C16TAB在GO层间可能的排列方式为1~5层平躺排列或单层平躺、单层倾斜和单层直立,从能量和结构的角度探明了C16TAB在GO层间的最优排列为1~5层平躺排列。

季铵盐插层氧化石墨的分子力学模拟

利用分子力学方法研究了季铵盐(CnTAB)/氧化石墨插层复合物的层间距、CnTAB分子在氧化石墨层间的分布及插层复合物价键能、非价键能的变化。模拟结果表明,随着CnTAB(n=12,14,16,18)分子数分别由1个增加至24、26、28、30个时,CnTAB/GO插层复合物的层间距呈阶梯状(阶梯数分别为4、5、5、6)分别增大至26.4、30.0、34.0、36.5,并且复合物的层间距也受碳原子数的影响;当复合物能量相对较低时,CnTAB分子呈层状(最大分别达到4、5、5、6层)分布在氧化石墨层间;插层复合物结构优化前以范德华能为主,优化后以键角弯曲能为主,键伸缩能、键角弯曲能、二面角扭曲能和范德华能来自于氧化石墨和季铵盐,反转能主要来自于氧化石墨。

羟基方钠石的形成机理

以NaAlO2、Na2SiO3·9H2O和NaOH为原料，在碱水体系中合成了单一结构的羟基方钠石。研究了不同晶化时间产物的物相结构、谱学特征及形貌，并对合成产物滤液中Si和Al的含量进行了测定。利用分子模拟方法分别计算了所得NaA沸石和羟基方钠石的骨架总能量，并对两者的热稳定性进行了分析。结果表明：羟基方钠石的形成主要经历了4个阶段，即无定形钠铝硅酸盐聚合阶段（5～10rain）、NaA沸石成核阶段（30～40min）、NaA沸石和羟基方钠石协同生长阶段（1～3h）、NaA沸石转变为羟基方钠石阶段f4～10h）；羟基方钠石的生长消耗了液相中的Si和Al，其生长符合液相转变机制；热稳定性较差及结构能量更高是NaA沸石结构溶蚀并转晶成羟基方钠石的本质原因。