基于磺酸化类石墨烯聚合物的纳米组装与复合研究

磺酸化类石墨烯聚合物(SGP)是富含磺酸化官能团并具有二维纳米结构特性的一类新型聚合物材料,其极高的亲水性为发展纳米组装和复合结构提供了新途径。介绍了利用SGP发展的具有优异力、电及电化学性能的三类复合材料:(1)通过聚乙烯醇(PVA)与SGP复合构筑具有高孔隙率的全固态电容器隔膜材料;(2)利用SGP富含官能团的特性,在其表面生长Co_3O_4的过程中抑制颗粒尺寸和维度,获得容量更高的复合电极材料;(3)利用SGP分散碳纳米管(CNT),通过与PVA复合得到的SGP/CNT/PVA柔性薄膜具有优异的力学特性。基于此,SGP有望在多功能复合组装中得到更为广泛的应用。

磺酸化铁酸镍磁性石墨烯复合材料活化过硫酸盐降解水中2-氨基苯并噻唑的研究

采用微波法在水-离子液体表面活性剂的体系,制备了磺酸化铁酸镍磁性石墨烯(GS/NiFe_(2)O_(4))复合材料,通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)、X射线光电子能谱(XPS)、BET/BJH的方法分析材料的表观结构。使用GS/NiFe_(2)O_(4)活化过硫酸盐(PMS)降解水中的2-氨基苯并噻唑(ABT),并通过超高效液相色谱-串联质谱法对降解率进行定量分析。经条件优化得出,在pH=3、PMS浓度为4mmol/L,投加15mg GS/NiFe_(2)O_(4)的条件下,30min内可完全降解20mg/L的2-氨基苯并噻唑。考察了阴阳离子对ABT的降解过程影响:Cl^(-)对ABT的降解有促进作用,HCO^(-)_(3)具有抑制作用,而Cu^(2+)具有双重作用。通过自由基猝灭实验发现SO^(-)_(4)·为主导自由基、·OH为辅。最后对ABT的降解过程进行了产物分析且证明了GS/NiFe_(2)O_(4)具有良好的循环利用性能。

超支化聚合物对石墨烯的功能化研究进展

石墨烯高分子化在发展高性能聚合物基纳米功能材料方面备受关注。追踪近几年与超支化聚合物/石墨烯复合材料相关的文献,针对超支化聚合物对石墨烯的共价和非共价功能化改性方法进行了综述。将共价功能化细分为表面功能化和边缘功能化,以及非共价功能化分为通过π-π作用超支化聚合物吸附在石墨烯表面和通过疏水作用超支化聚合物对石墨烯的剥离这两种情况。并简单介绍了超支化聚合物功能化的石墨烯基复合材料的性能和应用,对其存在的问题和未来的发展方向进行了展望。

类石墨烯氮化碳结构(C_(3)N)热传导机理研究

类石墨烯氮化碳结构(C_(3)N)作为一种全新的碳基二维半导体材料,由于其优异的机械和电子性能引起了研究者们的广泛关注,不同结构C_(3)N的热输运和声子输运机制还待进一步研究.本文构造了4种不同结构的C_(3)N,采用非平衡分子动力学与晶格动力学方法对不同结构的C_(3)N的热传导机理进行了研究.研究结果表明:1)在4种结构中M3热导率最高,M1次之,M4热导率最低;2)不同结构的C_(3)N的热导率具有明显的尺寸效应和温度效应.当样本长度较短时,声子主要以弹道输运的方式进行传输;当样本长度增大,扩散输运占主导地位;随着温度的升高,Umklapp散射在热输运中占据主导地位,使得热导率与温度具有1/T的依赖性.3)与M3相比,M1和M4结构中都存在更大的声子带隙,色散曲线进一步软化,低频和高频声子同时出现了局域化的特征,对热导率产生了显著的抑制作用.本文为更好地设计热管理材料提供了思路.

超支化聚合物改性氧化石墨烯研究应用进展

追踪了超支化聚合物改性氧化石墨烯的相关研究,围绕超支化聚合-氧化石墨烯在重金属吸附、聚合物基复合材料和活性催化等方面的应用进行了综述。

类石墨烯二硫化钼新型合成工艺技术的研究

针对类石墨烯二流化钼合成工艺研究较少,难以为类石墨烯二流化钼的进一步研究提供依据的现状。本文在对类石墨烯二硫化钼的基本结构进行分析的基础上,对液相剥离法、电化学锂子插层法剥离法、化学气相沉积法等合成法进行了论述,为类石墨烯二硫化钼合成工艺的进一步发展奠定了基础。

聚合物/石墨烯复合材料的多功能化研究进展

综述了国内外石墨烯的最新量产现状及其自修复研究,详细阐述了聚合物/石墨烯复合材料的自我修复、药物控释、金属防腐、导电、光催化、吸波、储能等多功能化最新进展,特别对在生物医学领域、电子领域及新能源领域具有的应用前景进行了展望。

石墨烯化聚合物：一种兼具电子和离子传输通道的三维富碳高分子能源材料

近年来,用于电化学能源存储和转化的石墨烯材料,得到了研究者们越来越多的关注。但是,这些石墨烯材料不同于严格定义的单原子碳层结构,往往具有孔洞、杂原子和化学官能团等缺陷结构。由于制备方法的不同,缺陷结构各不相同,其电化学性能也表现各异。结构分析表明,这类材料是由类似石墨烯片段的单元与聚合物链共价连接而成,使其具有石墨烯和聚合物的双重特性,我们称之为石墨烯化聚合物。由小分子通过自下而上的方法制备的多孔聚合物,也可以通过进一步热交联等方法,使其形成包含石墨烯片段单元与聚合物链的化学结构。这些材料与石墨烯衍生材料一起组成了石墨烯化聚合物的整个谱系;这个谱系涵盖了由聚合物到石墨烯的过渡区。更重要的是,这类材料特殊的结构与性质,使其成为一种兼具电子和离子传输通道的三维富碳高分子材料,非常适合作为电极材料应用于电化学能源存储和转化,这为我们深入研究储能器件中电极材料的结构与性能的相关关系提供了很好的材料平台。

乙烯基超支化聚合物功能化氧化石墨烯的制备及性能研究

先以三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)和3-氨丙基三乙氧基硅烷(WD-50)制得超支化聚丙烯酸酯(VHBP),再以VHBP与氧化石墨烯(GO)反应得到功能化氧化石墨烯GO-VHBP。利用FTIR、Raman、TEM和XRD对GOVHBP进行了表征。结果表明,VHBP成功接枝到GO表面,VHBP增加了GO的无序度和层间距。然后利用GOVHBP与三羟甲基丙烷三丙烯酸脂(TMPTA)、三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)(TMPMP)通过硫醇-烯烃点击反应制备新型纳米复合材料GO-VHBP/TMPTA/TMPMP,GO-VHBP的加入提高了复合材料的硬度、冲击性能和耐磨性能。

石墨烯基杂化聚合物太阳能电池中光活性层组成对器件性能的影响

利用溶剂热法可控制备了具有不同质量比的还原氧化石墨烯/CuInS_(2)量子点(rGO/CuInS_(2)-QDs)杂化材料。将rGO/CuInS_(2)-QDs杂化材料与聚(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯基)(MEH-PPV)共混作为光活性层,制备了石墨烯基杂化聚合物太阳能电池,研究了rGO/CuInS_(2)-QDs杂化受体材料中rGO与CuInS_(2)-QDs的质量比(x)以及聚合物给体材料MEH-PPV与rGO/CuInS_(2)-QDs杂化受体材料的质量比(w)对器件性能的影响。结果表明,光活性层复合膜中rGO/CuInS_(2)(x=0.25)杂化受体材料含量由10%(w=9)增加到17%(w=5)时,器件的电子收集效率(ηc)由0.61提高到0.78,使得器件的光电转换效率得到提高。

碳化聚合物点、碳纳米点和石墨烯碳纳米点降解RhB 的研究

碳点(CDs)因其强的光致发光特性而受到越来越多的研究.然而,由于原料来源广泛和合成方法多样,各种不同类型的碳点被迅速合成出来.对碳点的命名和分类存在广泛争论,阻碍了碳点进一步的研究.我们将碳点分为碳化聚合物点(CPDs)、碳纳米点(CNDs)和石墨烯碳纳米点(GNDs).在较低的反应温度下制备的CDs中,以分子/低聚物为主,而在较高的反应温度下制备的CDs中,以碳核态为主.以分子/低聚物为主的碳点称为碳化聚合物点(CPDs).以碳核态为主的碳点称为碳纳米点(CNDs).以柠檬酸和乙二胺为前驱体,分别在180℃和300℃条件下,采用溶剂热合成法合成了聚合物碳点和碳纳米点.以氧化石墨烯水溶液和乙二胺为前驱体,在180℃、6 h条件下,采用溶剂法得到GNDs.用AFM、UV、Raman和FT-IR对CPDs、CNDs和GNDs进行表征.研究了CPDs、CNDs和GNDs对RhB的降解,发现这三种碳点对RhB的降解速率为CPDs>CNDs>GNDs.

双交联体系互穿聚合物网络对石墨烯/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物/高密度聚乙烯复合材料抗静电性能的影响

以高密度聚乙烯(HDPE)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为基体材料,石墨烯为导电填料,2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷(DBPH)、三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)为交联剂,通过物理-化学方法在2种交联剂的协同作用下制备了具有互穿聚合物网络(IPN)结构的石墨烯/EVA/HDPE复合材料。实验结果表明,所用2种交联剂的协同作用能使复合材料的交联度达到54.3%。扫描电镜图中可以观察到EVA和HDPE形成的IPN结构可以促使石墨烯在复合材料基体中形成较完善的网络结构。实验结果还表明网络结构能在复合材料达到抗静电性能标准的情况下,很大程度上减少了石墨烯在EVA/HDPE基体中的添加量。当复合材料的交联度为40%~50%时,会出现类渗流阈现象,石墨烯的质量分数为2%时,复合材料的拉伸强度达到28.1 MPa,体积电阻率达到10~8Ω·cm。

磺酸化氧化石墨烯在天然橡胶中的应用研究

研究不同片径磺酸化修饰氧化石墨烯(SGO)对天然橡胶(NR)复合材料的硫化性能、物理性能、加工性能、导电性能的影响。结果表明,SGO加入使NR门尼黏度增大,焦烧时间延长。与小片径磺酸化氧化石墨烯(XSGO)相比,大片径磺酸化氧化石墨烯(DSGO)NR纳米复合材料硫化时间较短,硫化效率较高且加工安全性较好。SGO加入NR能明显提高其拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、耐磨性和导电性能。添加1.5份DSGO时,NR纳米复合材料综合物理机械性能最好。添加0.5份XSGO时,其导电性能最好。

马来酸酯烯类支化单体合成及其与甲基丙烯酸的共聚

采用三羟甲基丙烷(TMP)和马来酸酐(MA)制备多官能度烯类支化单体单三羟甲基丙烷三马来酸单酯(MTPTM)。MTPTM与甲基丙烯酸(MAA)在水溶液中通过自由基聚合,制备超支化聚合物。采用NMR表征了MTPTM和超支化聚合物的结构。考察了MAA和MTPTM单体摩尔比对超支化聚合物相对分子质量、水溶液黏度、热稳定性以及玻璃化转变温度的影响。结果表明,随MAA单体用量增加,聚合物相对分子质量及其分布先降后升,n(MTPTM)∶n(MAA)=1∶9时出现最小值(Mw=2.09×104,Mw/Mn=1.66),产物水溶液黏度也呈现先降后升的趋势,并在n(MTPTM)∶n(MAA)=1∶6时出现最小值。而玻璃化转变温度则先升后降,n(MTPTM)∶n(MAA)=1∶9时出现最大值(Tg=274.5℃),MAA单体比例增加,有助于超支化聚合物热稳定性提高。

氧化石墨烯在质子交换膜中的应用研究进展

氧化石墨烯(graphene oxide,GO)和磺酸化氧化石墨烯(sulfonated graphene oxide,SGO)是石墨烯的衍生材料,具有两亲性能、超高的比表面积、良好的电子绝缘性和柔韧性,使其作为掺杂材料在燃料电池、电膜分离过程、扩散渗析、电化学分析和传感等领域具有广泛的应用前景.本文主要综述了GO和SGO在质子交换膜(PEM)中的应用.质子交换膜是燃料电池的重要组成部分,在燃料电池中主要起传导质子和防止燃料渗透的作用.当前商用化的燃料电池电解质膜主要存在质子导电性低、燃料渗透率高、稳定性差等问题.GO和SGO的掺入可以提高膜的质子导电性和稳定性、降低膜的燃料渗透率,因此对提高膜的性能以及燃料电池的性能具有十分重要的作用.本文主要概括了近几年来GO及SGO在质子交换膜中的应用研究进展,并系统地介绍了GO及SGO对Nafion及新型的非氟类聚合物质子交换膜材料性能的影响.

非简谐振动和形变对ZnSe类石墨烯德拜温度热容量以及极性的影响

应用哈里森(Harrison)键联轨道法和固体物理理论和方法,考虑到原子的高阶非简谐振动,计算了ZnSe类石墨烯化合物的σ键和π键的极性、简谐系数和非简谐系数,得到它的德拜温度和定容热容量随温度变化的解析式以及形变引起的极性参量的改变量,探讨了形变对ZnSe类石墨烯极性的影响,并讨论了原子非简谐振动对化合物热力学性质的影响,结果表明:在300 K到1600 K温度区间内,简谐近似下,ZnSe的德拜温度为常量,热容量随着温度的升高呈非线性增大,其中温度较低时变化较快,温度较高时变化较慢并随着温度的升高而趋于常量.考虑到非简谐项后,德拜温度随着温度升高而增大,几乎为正比关系,而热容量的值比简谐近似的值有所减小,与第一非简谐项的影响相比,第二非简谐项的影响很小.形变对ZnSe类石墨烯的极性有重要的影响,在它的几种形变中,剪切形变对σ键的极性的影响最大,而键长形变对π键的极性的影响最小.温度愈高,非简谐效应愈显著.

基于滑轮结构的多孔氧化石墨烯强韧化聚丙烯酰胺水凝胶制备

以丙烯酰胺为单体,分别以多孔氧化石墨烯(HGO)和氧化石墨烯(GO)为交联剂,采用原位聚合法制备了多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶(PHH)和氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶(PGH)。结果表明,GO和HGO都能同时提高水凝胶材料强度和韧性;但由于HGO与高分子链形成的特殊贯穿结构,相对GO强韧化水凝胶,HGO强韧化水凝胶强度和韧性提高更明显:PHH断裂伸长率高达4847%,相较于PGH提高了1.9倍,断裂韧性提高了95%。研究成果为聚合物基复合材料的增强增韧提供了一种新的力学模型并具有重要推广意义。

氧化石墨烯分散方式及其对水泥砂浆力学性能的影响

在饱和氢氧化钙水溶液中,采用木质素磺酸钙(木钙)作为助分散剂协同聚羧酸减水剂(PC)对氧化石墨烯(GO)进行分散,并通过吸光度、原子力显微镜、Zeta电位、SEM和XRD等研究了木钙对GO的分散效果及复掺对水泥砂浆力学性能的影响。结果表明:较PC单独分散GO,额外加入少量木钙能大幅度改善GO的稳定分散能力;当GO掺量为0.03%、木钙与GO的质量比为3∶1时,较于PC单独分散GO试件(即基准试件),助分散下GO掺配的水泥砂浆试件的3 d抗压强度、抗折强度分别提升了40.9%和22.5%,28 d抗压强度、抗折强度分别提升了22.1%和17.2%;相对于基准试件,木钙助分散下掺配GO的砂浆内部结构更密实;木钙与PC具有优异的协同分散GO的功效。

基于ESI数据库构建高水平科研合作网络——以石墨烯研究领域为例

基于SCI-E和ESI高被引论文数据库,利用SATI和CiteSpace软件,从作者、机构和国家/地区科研合作等多维度进行分析,构建石墨烯研究领域高水平科研合作网络。研究发现,基于ESI高被引论文,石墨烯研究领域内科研合作网络中各机构作者普遍存在本土合作密切,国际合作程度浅的现象;机构之间的合作密切程度不够;中国发文量排名第一,但较之发文量排名第二的美国而言,科研合作网络范围不够大,有待进一步加强国际科研合作。

国内油田用AMPS聚合物研究进展

2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)是一种具有广泛应用前景的有机单体,以其为原料与其他单体共聚合成的水溶性聚合物,用于油田化学品,具有优异的抗温性、抗盐性和水解稳定性,可广泛用作钻井液处理剂、油井水泥外加剂、酸化压裂添加剂、调剖堵水剂、驱油剂以及油田水处理剂等。近年来在AMPS聚合物研究方面又有了一些新进展,并逐步在油田作业中得到了应用,见到了明显效果。为便于了解AMPS聚合物的研究与应用情况,促进油田用AMPS聚合物的开发与推广应用,对近10年国内AMPS聚合物的研究及应用情况进行介绍,指出了今后油田用AMPS聚合物研究重点:扩大钻井液处理剂应用面;使油井水泥外加剂尽快在现场得到推广应用;在酸化压裂、调剖堵水和驱油剂等方面形成性能稳定的工业产品,针对不同需要的系列产品加快产品研发与转化速度;在油田水处理剂方面重点针对油田采出水和钻完井废水等处理的需要,发展高相对分子质量的阴离子和两性离子型聚合物絮凝剂;利用来源丰富、价格低廉的天然材料满足环保和降本的需要。