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。

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.

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。

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。。

微波固相剥离法制备功能化石墨烯及其电化学电容性能研究(英文)

通过微波固相剥离氧化石墨制备了功能化石墨烯材料。石墨烯的剥离,是由于微波加热过程中氧化石墨烯片上的官能团分解为CO2和H2O,产生的压力超过了片层间的范德华力。形貌表征显示了石墨烯的有效剥离和纳米孔结构的形成。红外光谱分析结果表明微波剥离的功能化石墨烯仍然有少量的官能团残留。N2等温吸附-脱附测试结果表明样品具有高比表面积(412.9m2·g-1)和大孔容(1.91cm3·g-1)。电化学测试结果表明功能化石墨烯具有良好的电化学电容行为和207.5F·g-1的比电容。

功能化石墨烯/聚苯胺复合电极材料的制备和电化学性能

利用水合肼还原十八胺(ODA)接枝的氧化石墨烯(GO),得到了十八胺功能化石墨烯(ODA-G),将ODAG与聚苯胺(PANI)通过溶液共混法,制备了功能化石墨烯和聚苯胺纳米复合材料(ODA-G/PANI).采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、拉曼(Raman)光谱及透射电镜(TEM),对复合材料的结构和形貌进行了表征;利用循环伏安、恒流充放电及交流阻抗谱等,对复合材料的电化学性能进行了测试.结果显示,少量ODA-G的引入为PANI的电化学氧化还原反应提供了更多的电子通道和活性位置,有利于提高PANI的赝电容.在电流密度1.0 A·g-1下,2%(w)ODA-G/PANI的比电容达到787 F·g-1,而相应的PANI仅有426 F·g-1.此外,ODA-G/PANI的循环稳定性也远高于纯PANI.

亲油性长链烷基硅烷功能化石墨烯的制备与表征

用十六烷基三甲氧基硅烷在三乙胺存在下处理氧化石墨烯(GO),一步制得长链烷基硅烷功能化石墨烯(FG)。运用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等技术对FG的结构与性能进行了测试表征。分析结果表明十六烷基三甲氧基硅烷中的Si—OCH3与GO表面上的OH反应,以Si—O—C连接在石墨烯片层的表面,而GO片层上其它含氧基团大部分被还原脱除,恢复了石墨烯的sp2杂化结构。FG具有很好的油溶性,可稳定分散于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃、丙酮、苯等有机溶剂中,并且在DMF中的最大分散浓度为1.90mg/mL。AFM的结果显示,FG在DMF中平均厚度约为1.7nm,以单层剥离状态存在。

硅功能化石墨烯负极材料的粗粒模型

硅功能化石墨烯(硅化烯)作为锂离子电池的负极材料,一旦发生分层或粉化等损伤现象,会严重地降低材料的电子输运能力和储锂容量,减少电池的使用寿命,因此要求负极材料具有较强的力学可靠性.考虑到传统分子动力学方法的模拟尺度很难达到硅化烯负极材料的真实尺度,首先采用Tersoff势函数和Lennard-Jones势函数建立了多种硅化烯的全原子数值模型,计算材料的各种弹性模量和吸附能;然后采用珠子-弹簧结构,根据力学平衡条件和能量守恒定律,结合全原子模型的计算结果,建立了硅化烯粗粒模型及其系统的能量方程;最后,通过对比石墨烯粗粒模型与其全原子模型的拉伸性能,验证了硅化烯粗粒模型的有效性.

不同还原方法对氧化还原法制备的功能化石墨烯的影响

利用改进的Hummer法制备氧化石墨,然后分别采用化学还原法和热还原法将氧化石墨还原制得功能化石墨烯。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅立叶红外(FT-IR)和热重(TG)等表征手段对功能化石墨烯制备过程中的原料石墨、氧化石墨和石墨烯进行了表征。结果表明,化学还原法和热还原法都能还原氧化石墨制得功能化石墨烯,但还原程度不同。与化学还原法相比,热还原法制备的功能化石墨烯含有较少含氧基团,且工艺简单,耗时少,是一种高效制备大量功能化石墨烯的方法。

功能化石墨烯/聚乙烯醇缩丁醛纳米复合膜的制备与表征

首先用Hummers法从石墨制得氧化石墨烯(GO),并用十六烷基三甲氧基硅烷(HTS)改性GO,然后将其化学还原得到功能化石墨烯(FG),X射线衍射和红外光谱分析表明,HTS已成功接到了石墨烯上;利用溶液共混法制备了聚乙烯醇缩丁醛(PVB)/FG纳米复合膜。用万能试验机、扫描电镜、电阻率测试仪、紫外-可见光透光率对材料进行了表征,结果表明,FG的质量分数为6.0%时,复合材料的拉伸强度可达到34.5 MPa,断裂伸长率达到44.5%;3.0%的FG就能让材料的导电率提高7个数量级;含FG 1.0%的复合膜(厚度为1 mm)对270~400 nm波长范围内紫外光的吸收率可以达到60%~80%。

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.

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。

功能化石墨烯吸附模拟反应堆冷却剂中银的研究

设计合成了四氧化三铁/石墨烯/聚乙烯亚胺复合材料(PMRGO),通过红外光谱、透射电镜、拉曼光谱和XPS等手段表征了PMRGO的化学组成和结构,并研究了该材料在模拟压水堆冷却剂环境下对银离子和银胶体的吸附性能。结果表明,PMRGO在模拟冷却剂条件下对银有良好的吸附性能,对银的吸附在pH=3~8范围内随pH值的升高而增大。随着银初始浓度的增大,PMRGO对银的吸附率逐渐升高。当银初始浓度为5 mg/L时,PMRGO对银离子吸附24 h后基本达到平衡,吸附量可达136 mg/g;对银胶体吸附30 min后基本达到平衡,吸附量可达169 mg/g。吸附等温线符合Langmuir方程,吸附动力学可用准二级动力学方程来描述。

单层边缘功能化石墨烯的制备和表征

为探讨石墨烯的氧化过程,以浓硫酸、高锰酸钾和双氧水作为氧化剂,通过部分边缘氧化剥离石墨得到了单层边缘氧化石墨烯(SLMGO),用定量硼氢化钠还原得到了单层边缘功能化石墨烯(SLMFG).使用FT-IR、SEM、TEM、XRD和XPS等手段表征了SLMGO和SLMFG结构和形貌.结果表明:边缘功能化的单层石墨烯较深度氧化的多层石墨烯,能更好地保持层状平面结构.基于好的共轭程度,边缘功能化的石墨烯光电性能将更好.

聚乳酸/功能化石墨烯纳米复合薄膜的制备与性能

以十八烷基胺修饰氧化石墨烯(GO–ODA)为纳米填料,通过溶液铸膜法制备了聚乳酸(PLA)/GO–ODA纳米复合薄膜。用傅立叶变换红外光谱和扫描电子显微镜对GO–ODA及纳米复合薄膜的化学结构及形貌进行了表征,并对纳米复合薄膜的拉伸性能、热稳定性和透氧率进行了测试。结果表明,GO–ODA与PLA具有良好的相容性,可均匀分散于PLA基体中,对PLA膜起到增韧增强的效果,同时GO–ODA的加入使PLA的热稳定性和氧气阻隔性均有所提高。

功能化石墨烯改性PVAL复合薄膜的合成与表征

通过对石墨烯表面的功能化修饰，合成聚乙烯醇（PVAL）／氧化钇／石墨烯和PVAL／氧化锌／石墨烯两种复合薄膜。利用扫描电子显微镜、傅立叶变换红外光谱、X射线衍射、紫外-可见分光光度计等分析手段对其进行表征。结果发现，用氧化钇或氧化锌改性后的石墨烯在PVAL基体中具有良好的分散性，PVAL／氧化钇／石墨烯和PVAL／氧化锌／石墨烯复合薄膜都表现出较高的透过率，分别为24％和30％；在波长200—250nm，PVAL／氧化钇／石墨烯复合薄膜与PVAL／氧化锌／石墨烯复合薄膜相比，前者对紫外光的吸光度更大，说明此材料对紫外线的吸收及散射能力更强，具有较好的屏蔽紫外线功能及抗老化性能。

功能化石墨烯对亚甲基蓝的吸附性能

制备了功能化石墨烯,并研究了不同条件下功能化石墨烯对亚甲基蓝的吸附性能.结果表明,电解法是一种制备功能化石墨烯的简单有效方法,其对亚甲基蓝的吸附量可达300 mg/g以上,是普通石墨对亚甲基蓝的吸附量的3倍;并且吸附量随着pH值的增加而递增;在pH为8,温度是20℃时,功能化石墨烯对亚甲基蓝的吸附可在60 min时达到吸附平衡.

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。

羧基功能化石墨烯修饰电极伏安法对芦丁的检测研究

目的：制备羧基功能化石墨烯修饰玻碳电极，研究芦丁在该电极上的电化学行为，建立芦丁测定的新方法。方法：分别采用循环伏安法和差示脉冲伏安法研究了芦丁在修饰电极上的电化学行为，优化了包括支持电解质、缓冲液pH、修饰剂用量等测定条件。结果：在10mmol／LpH=7．5的Tris-Hcl缓冲溶液中，还原峰电流与芦丁的浓度对数在4．0×10-7-8．0×10-5mol／L范围内呈良好的线性关系，检出限为1．0×10-7mol／L（S／N=3），加样回收率在97．60％-106．30％。结论：该方法灵敏度高、检测范围宽，已用于复方芦丁片中芦丁的测定，结果令人满意。