β-环糊精功能化石墨烯对印染废水中酸性大红G和橙黄Ⅱ的吸附

本文合成了β-环糊精功能化的石墨烯纳米材料(β-CD-GNs),考察了其作为一种新型高效吸附剂对水中酸性大红G(ASG)和橙黄Ⅱ(OrangeⅡ)的吸附性能.该材料结合了石墨烯和β-环糊精的特性,表现出对所述两种染料良好的吸附性能,吸附平衡时间小于3 min,吸附率达90%以上,β-CD-GNs对ASG和橙黄Ⅱ的最大吸附量为622.2 mg·g^(-1)和534.7 mg·g^(-1).另外,考察了β-CD-GNs用量、溶液pH、反应温度对吸附效果的影响.结果表明,当溶液pH值为6.0,β-CD-GNs浓度达到25 mg·L^(-1)时,吸附率最大,而且吸附率随反应温度升高而降低.通过对吸附数据进行线性拟合发现,β-CD-GNs对ASG和橙黄Ⅱ的吸附等温线符合Langmuir吸附等温式.该材料在印染废水的处理领域有潜在的应用价值.

β-环糊精功能化石墨烯的制备及热稳定性的增强

采用2种有机合成路线制备了结构不同的环糊精共价修饰的功能化石墨烯纳米材料,并利用FTIR,XRD,TEM,SEM和TG分析等技术对产物的结构和性能进行了表征.结果表明,2种石墨烯基纳米材料由于合成策略的不同导致溶剂分散性能存在一定的差别,但它们均可均匀分散于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)和乙二醇中.同时,环糊精的引入使其热学稳定性显著提高.该材料在阻燃型复合材料等领域中具有一定的潜在应用价值.

β-环糊精功能化石墨烯修饰电极同时测定邻硝基苯酚与对硝基苯酚

通过滴涂法制备了β-环糊精功能化石墨烯修饰玻碳电极(β-CD-GR/GCE),采用循环伏安法和二阶导数线性扫描伏安法研究了邻硝基苯酚(o-NP)和对硝基苯酚(p-NP)在该修饰电极上的电化学行为。实验结果表明,在该修饰电极上o-NP和p-NP的还原电流显著增加,两还原峰得到有效分离。在优化条件下,使用二阶导数线性扫描伏安法对o-NP和p-NP进行定量分析,线性范围分别为0.2~10μmol/L和0.06~10μmol/L,检出限分别为0.08μmol/L和0.02μmol/L。该法可用于环境水样中o-NP和p-NP的快速准确测定。

功能化石墨烯对亚甲基蓝染料吸附的密度泛函理论研究

由于染料在食品,印刷,纺织等行业的广泛应用,水中的染料被广泛发现,染料污染是造成水污染的重要原因之一,因此,对于水中染料进行前处理变得尤为重要.石墨烯和功能化石墨烯的吸附性能可以被应用于水中染料的检测和去除.本研究采用密度泛函理论方法详细探讨了纯石墨烯和功能化石墨烯对亚甲基蓝有机染料污染物的吸附机理.研究结果表明,纯的石墨烯和功能化石墨烯表面对亚甲基蓝染料均有一定程度的吸附,其中环氧原子,羧基和羟基功能化的石墨烯对亚甲基蓝的吸附能力较纯石墨烯吸附能力强,其次是环氧,羧基和羟基三者共同功能化的石墨烯吸附能力最强.研究结果有望为石墨烯材料在有机染料的吸附应用方面提供有意义的理论指导.

基于氧功能化石墨烯的电化学传感器研究进展

石墨烯因其出色的导电性能以及独特的物理和化学属性,在电化学传感器领域获得了广泛应用。虽然氧化石墨烯引入的含氧官能团会降低其导电性,但越来越多的研究表明,这些官能团在提高电催化活性、增强抗污染能力及促进功能化等方面发挥关键作用,这些特性对于电化学传感器的性能至关重要。本文全面综述了近年来基于含氧官能团的单层及多层石墨烯碳结构(统称为氧功能化石墨烯,GO)在电化学传感应用领域的进展。介绍了GO在电催化、抗污染、功能化等方面的基础性质,包括结构、表面官能团种类、导电性、亲疏水性、与生物分子的相互作用以及电化学窗口等;深入探讨了这些性质如何综合影响电催化活性、防污染和功能化的性能和机理;对基于GO的电化学传感器应用进行了分类讨论;展望了GO在电化学传感领域的未来发展。基于GO的电化学传感器在生物样品分析、活体检测和可穿戴设备方面将展现出巨大的应用潜力。

活化石墨烯微片对聚β-羟基丁酸酯结晶性能和热性能的影响

采用溶液浇铸法制备了聚β-羟基丁酸酯(PHB)/活化石墨烯微片(GONPs)复合材料,并研究了GONPs对PHB晶体结构、非等温结晶性能、热分解温度和热加工稳定性的影响。结果表明:GONPs加快了PHB的非等温结晶,但不会改变PHB的晶体结构;PHB的结晶度和热分解温度均随GONPs用量的增加而提高;GONPs对PHB热加工稳定性的影响不显著,但PHB自热解发生后,PHB/GONPs复合材料的热降解程度较纯PHB变缓。

功能化石墨烯改性聚乙烯热力学特性的分子动力学模拟

聚乙烯绝缘材料在我国高压电缆中有着广泛的应用.为了提高其耐热稳定性和力学性能,利用石墨烯对聚乙烯进行掺杂改性,并基于分子动力学模拟的研究方法分别建立了低密度聚乙烯(LDPE)、石墨烯和3种官能团接枝石墨烯掺杂聚乙烯的复合模型.研究表明,相比石墨烯直接掺杂聚乙烯,羧基(-COOH)、氨基(-NH)和羟基(-OH)接枝石墨烯能够更加有效地提高聚乙烯的玻璃化温度(分别提高了16 K、7 K、5 K),减弱聚乙烯分子链的移动和降低聚乙烯的热膨胀系数、均方位移(MSD),从而使得聚乙烯复合体系的热学性能得到了有效增强.此外发现石墨烯的掺杂能够提高复合模型的力学模量,其中官能团接枝石墨烯改进效果更明显,室温下弹性模量和剪切模量的提升幅度由不接枝的33.98%、36.18%,提升到了44%和42.89%(羧基功能化体系).研究结果可为聚乙烯绝缘材料的热老化抑制和力学性能的改善提供有益的参考.

β-环糊精修饰磁性氧化石墨烯对酸性红R的吸附

利用Hummers法制备氧化石墨烯(GO),并结合原位沉淀法合成了一种复合吸附材料 β-环糊精修饰磁性氧化石墨烯(Fe3O4@GO/β-CD),用SEM、TEM、FTIR、激光粒度分析仪、比表面积测定仪(BET)和磁强计对Fe3O4@GO/β-CD进行了表征和测定,结果表明:合成的Fe3O4@GO/β-CD平均粒径为460 nm,比表面积为252.3 m2/g,饱和磁化强度为73.5 emu/g.Fe3O4@GO/β-CD对酸性红R的吸附是一个准二级动力学过程,其准二级反应速率常数为5.18×10–3 g/(mg·min),吸附等温线较好地符合Langmuir模型,在pH=3.0时对酸性红R的最大吸附量为228.31 mg/g.

氨基功能化石墨烯固相微萃取-气相色谱法测定水样中7种有机磷农药残留量

目的建立氨基功能化石墨烯固相微萃取-气相色谱法同时测定水样中7种有机磷农药残留(硫线磷、地虫硫磷、氯唑磷、甲基毒死蜱、磷胺、喹硫磷和苯线磷)。方法水样中残留的有机磷农药用25 mg氨基功能化石墨烯富集,用6mL丙酮洗脱,然后使用气相色谱-火焰光度检测器(gas chromatography-flame photometric detector,GC-FPD)测定。对气相色谱条件和影响萃取效率的多种因素进行优化。结果在优化的条件下, 7种有机磷农药标准曲线线性关系良好,线性系数为0.9905~0.9988,检出限为0.025~0.04μg/L,定量限为0.08~0.12μg/L。氨基功能化石墨烯对7种有机磷农药的富集倍数为183倍~307倍,萃取率为45.8%~76.8%,3个浓度添加水平(1、5.0、50μg/L)的加标平均回收率在70.0%~105%,相对标准偏差为7.98%~14.5%。结论该方法具有操作简单,快速、准确度和灵敏度高、试剂用量少等特点,适用于水样中7种有机磷农药残留量的测定。

功能化氟化石墨烯增强水和基础油的摩擦学性能研究

目的研究兼具超薄二维层状结构和优异润滑性能的功能化氟化石墨烯作为液体润滑剂添加剂的摩擦学性能。方法通过混合碱高温处理氟化石墨制备得到亲水性的氧化氟化石墨烯(OFG),而后利用三氯十八烷基硅烷修饰OFG得到亲油性OOFG;通过SEM,TEM,AFM研究了OFG和OOFG的微观形貌特征和片层厚度,使用XPS,XRD和拉曼光谱等分析了OFG和OOFG的化学组成、表面基团等。结果将OFG和OOFG分别作为水和液体石蜡油添加剂后的摩擦学测试表明OFG作为水的添加剂可有效改善其润滑性能,其中OFG在水中的添加量为10 mg/mL时,摩擦系数降低了61.78%,磨损体积减小了64.28%;将OOFG作为液体石蜡油的添加剂能够达到有效的抗磨效果,当OOFG在液体石蜡油中的添加量为5 mg/mL时,摩擦系数降低了15.38%,磨损体积减小了71.44%。结论OFG以及OOFG纳米片在实际摩擦过程中可在金属表面形成保护膜,减弱摩擦副的直接磨损,最终有效改善水和液体石蜡油的润滑性能。

功能化石墨烯吸附染料废水性能研究

本文利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和石墨烯与染料分子的结合特性,合成了PVP功能化石墨烯纳米材料,对其进行了表征,应用紫外可见光光度仪分析了不同比例改性剂对酸性直接红染料的吸附效果,以及脱色与时间之间的关系,并考查该材料对水中酸性红染料的吸附能力。研究结果表明,PVP功能化石墨烯纳米材料对染料的吸附经离心作用,仅需0.010g石墨烯就可达到最高透射率33.5%,而未改性的石墨烯溶液需要0.025g以上质量的石墨烯才能达到此效果。因此,该材料在染料废水脱色方面具有很大的应用潜力与价值。

MOF(Co)/功能化石墨烯制备高效Co-N-C型氧还原催化剂研究

以六水合硝酸钴为金属源,苯并咪唑为有机配体,对苯二胺改性氧化石墨烯(PGO)为碳载体,采用一步溶剂热法合成金属有机骨架(MOF)-PGO前躯体,经过高温处理制备了多孔Co-N-PGO催化剂。采用比表面积孔隙度分析仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱和X射线光电子能谱等物理表征手段对催化剂形貌、结构以及元素形态进行表征,同时利用线性扫描伏安法和计时电流法对催化剂在碱性电解液中的氧还原(ORR)性能进行测试。结果表明,Co-N-PGO催化剂具有较高的比表面积和电化学活性面积,良好的结晶程度以及丰富的孔洞结构。此外,Co-N-PGO催化剂表现出优异的ORR催化活性,半波电位与商业Pt/C催化剂相比仅相差10mV,同时拥有更好的稳定性及抗甲醇毒化性能。根据K-L方程,Co-N-PGO催化剂在ORR过程中主要为四电子途径,与Pt/C催化剂反应机理相似。

功能化石墨烯纳米带-纳米碳纤维/热塑性聚氨酯薄膜的制备及性能

利用溶液涂覆成膜工艺在涂膜机上制得功能化石墨烯纳米带-纳米碳纤维/热塑性聚氨酯(FGNRs-CNFs/TPU)复合材料薄膜。采用红外光谱、X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电镜对所得FGNRs-CNFs的结构与性能进行表征,并结合复合材料薄膜的氧气透过率和体积电阻率测试以及断面形貌观察,研究了不同含量的FGNRs-CNFs对TPU复合材料薄膜阻隔和抗静电性能的影响。结果显示,KH-550成功接枝在GNRs上,并且FGNRs附着在骨架CNFs上形成稳定的FGNRs-CNFs网络结构,这有利于其在TPU中均匀分散;相比于纯TPU薄膜,当FGNRs-CNFs质量分数为1%时,FGNRsCNFs/TPU复合材料薄膜的氧气透过率降低了68.8%,阻隔性能得到大幅度提升;石墨烯纳米带与纳米碳纤维构建导电网络,当添加量为0.6%时,复合材料薄膜导电性能提升了7个数量级,表现出优良的室温导电性能。

GN-g-MAH/PPy多功能PET非织造布的制备及应用

为提高聚酯(PET)非织造布的性能,将导电材料通过表面改性引入PET非织造布,采用单宁酸(TA)作为桥联剂,功能化石墨烯(GN-g-MAH)和聚吡咯(PPy)作为导电功能层,制备得到多功能PET非织造布,并使用SEM、XRD、TG等测试了PET/GN-g-MAH/PPy的微观结构和热稳定性。结果表明:通过循环自组装法及低温化学聚合法成功制备了PET/GN-g-MAH/PPy非织造布,表现出良好的导电性,表面电阻率低至3.11×10^(-2)Ω·m,表面由疏水转变为亲水。基于此,非织造布也表现出优异的电热性能,对其施加3 V驱动电压时,可在20s内产生约40℃的饱和温度。此外,还具有良好的光热转换性能,当光照强度为300 mW/cm^(2)时,照射20 s后,表面温度可稳定到105.8℃,非织造布还表现出优异的光热抗菌性,当大肠杆菌的菌液浓度为1.6×10^(8)CFU/mL时,使用氙灯模拟太阳光源照射后,抗菌率达到99.6%。

石墨烯及其衍生物改性沥青的研究进展

石墨烯及其衍生物等新型纳米碳材料,因其优异的力学性能、巨大的比表面积和良好的导电导热性能等性质,作为纳米改性剂在沥青领域得到了重点关注,可显著提高改性沥青的高低温性能以及抗疲劳性能,有望解决传统改性沥青耐久性差的问题。本文系统总结了石墨烯及其衍生物改性沥青的最新研究进展,从石墨烯结构和表面特性的角度重点评述了石墨烯含量、层数、孔缺陷、表面化学态对沥青改性效果的影响及改性机理,同时介绍了石墨烯改性沥青的实际工程应用情况。最后针对石墨烯改性沥青性能与两者之间的相容性的依赖关系,提出了利用孔缺陷和元素掺杂石墨烯促进石墨烯在沥青中的分散及相容性的研究新策略。

功能化石墨烯-离子液体修饰电极的制备及对芦丁的检测

基于功能化石墨烯和离子液体构建了一种新型的电化学传感器.采用透射电子显微镜(TEM)、红外光谱(FTIR)、循环伏安法(CV)、电化学阻抗法(EIS)对复合材料和修饰电极进行表征.结果表明,电极表面石墨烯和离子液体极大地提高了芦丁的电化学响应,在最优实验条件下,芦丁的浓度与电流在1.0×10^(-8)～8.0×10^(-5) mol·L^(-1)范围内呈现良好的线性关系,检出限为3.3×10^(-9) mol·L^(-1)(S/N=3).

铁掺杂聚苯胺/功能化石墨烯制备高效Fe-N-C型氧还原催化剂研究

以对苯二胺(PPD)改性的氧化石墨烯(GO)为碳载体,三氯化铁(FeCl_3)为金属源,聚苯胺(PANI)为氮源,经高温热处理和酸蚀制备了结构均匀的铁-聚苯胺/功能化石墨烯(Fe-PANI/PGO)催化剂,并考察其对氧气(O_2)的催化还原性能。结果表明:Fe-PANI/PGO催化还原的起始电位和半波电位可分别达到-0.057V和-0.122V,极限电流密度更是达到了-5.145mA/cm^2。同时,阐明了Fe-PANI/PGO催化剂的催化活性提升主要归因于碳结构无序性的增大。

复合改性氧化石墨烯接枝水性聚氨酯的 制备及其性能

为提升水性聚氨酯(WPU)织物涂层的疏水性能、力学性能和抗静电性能,以异氟尔酮二异氰酸酯、间苯二胺接枝改性氧化石墨烯(MPD-I-GO)作为部分硬段,聚醚二元醇(PTMG 1000)为软段,二羟甲基丙酸为亲水扩链剂制得了MPD-I-GO/WPU复合胶膜。探究了MPD-I-GO质量分数对复合胶膜的疏水性能、力学性能以及导电性能的影响。结果表明:MPD-I-GO的添加可以发挥补强作用,有利于提高织物涂层的力学性能和抗静电性能,且随着MPD-I-GO质量分数的增加,复合乳液的粒径增大至89.56 nm;MPD-I-GO因在有机相与无机相之间形成共价键从而使其在WPU中均匀分散,当MPD-I-GO质量分数为0.18%时,复合涂层的断裂强度高达14.32 MPa,电阻率可达205Ω·cm。

酞菁锰-苯甲酸功能化石墨烯的制备及光催化性能研究

以酞菁锰(Mn TAPc)和苯甲酸功能化的石墨烯(BFG)为原料,通过酰胺反应将Mn TAPc负载到BFG上,制备出BFG-Mn TAPc光降解材料。通过透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)对其结构进行表征。以罗丹明B作为模拟污染物,在紫外光条件下研究了BFG-Mn TAPc对罗丹明B的催化降解性能。结果表明,BFG-Mn TAPc能有效降解模拟废水中的罗丹明B,当添加BFG的量为10%,可见光照射3.5h后,其降解率能达到90%;此外,BFG-Mn TAPc能够很好地回收利用,不会造成二次污染。

功能化石墨烯的制备及应用研究进展

石墨烯以其优异的物理化学性能,近年来受到了学术和产业界的广泛关注。将石墨烯进行功能化,可改善石墨烯的分散性,并且能根据需求对石墨烯的物理化学性能进行针对性地优化,因而赋予石墨烯更广泛的用途,因此,功能化石墨烯成为石墨烯研究领域的热点之一。综述功能化石墨烯的最新进展,从共价结合和非共价结合两个方面阐述了其制备的方法,叙述近年来功能化石墨烯在复合材料、储能材料、光电材料、催化材料、环境净化、生物及传感材料等领域的应用研究进展。总结出功能化石墨烯的特点,即大多数活性基团搭载到石墨烯的表面上都能活跃地展现其应用性能。功能化石墨烯未来的研究方向主要是判定和控制石墨烯表面引入功能化物质的量的"定量"问题和精确在石墨烯表面选择功能化的位点并进行精细化学结构设计的"定位"问题。。