端羟基超支化聚(胺-酯)非共价改性氧化石墨烯

采用改进的Hummer方法制备了氧化石墨烯(GO),并利用端羟基超支化聚(胺-酯)对其非共价功能化。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和热重分析(TG)及紫外可见分光光度等方法对氧化石墨烯表面改性的性能进行了分析。FT-IR,Raman,XRD和TG分析结果表明,超支化聚(胺-酯)分子成功改性了氧化石墨烯;XRD分析表明,随着超支化聚(胺-酯)含量的增加,石墨烯片层层间距增大,这说明超支化分子能够渗透插入到氧化石墨烯片层之间;Raman分析表明,吸附在氧化石墨烯表面的超支化聚(胺-酯)提高了氧化石墨烯表面的无序化程度和石墨烯结构的不完善程度。SEM形貌分析表明超支化聚(胺-酯)大分子覆盖在氧化石墨烯的表面上,且通过对改性前后氧化石墨烯在乙醇和正己烷中透光率的对比,表明改性后的氧化石墨烯分散性能得到了明显提高。

3-巯基丙基三甲氧基硅烷插层氧化石墨烯的硅烷化研究

本文报告了在不同硅烷化反应时间下,通过3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTS)对氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)插层并表面硅烷化。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)、热重分析(TGA)和扫描电子显微镜(SEM)对所得产物(MPTS-GO)进行了表征。实验结果表明MPTS-GO的Si含量随着硅烷化时间的增加而减少,当硅烷化时间大于24 h时,所制备的MPTS-GO样品中的Si含量几乎相同。当硅烷化时间大于24 h时,GO硅烷化基本完成。本文提出,在插层硅烷化后,GO有序的层状结构被打乱,MPTS主要通过Si-O键与GO表面的羟基反应相连接。末端具有“自由”巯基的MPTS-GO可用于进一步的组装及性能研究。

可见光催化二氧化碳参与非活化烯烃1,3-双羧基化反应

二氧化碳(CO_(2))具有储量丰富、廉价易得、无毒可再生的特点,是一种理想的碳一合成子.在CO_(2)参与的众多转化中,合成应用广泛、易于衍生的羧酸化学品具有较高的研究价值.其中,有机二元羧酸是一种重要的化学品,广泛应用于材料加工、有机合成和生物医药等领域.尽管目前CO_(2)参与的单羧基化反应研究取得了较大进展,但CO_(2)参与构建的区域选择性二羧基化反应方法仍然亟待发展.近年来,可见光化学因其具有绿色温和、官能团兼容性较好等特点已成为利用CO_(2)构建二羧基化反应的有力策略.目前虽已发展了不同策略实现了烯烃1,1-, 1,2-, 1,6-和1,7-双羧基化等不同的区域选择性,但现有策略还未能完成烯烃1,3-双羧基化的区域选择性.另外,现有策略仅能构建两个C–C键.本文利用可见光催化策略,基于1,2-芳基迁移过程,在温和条件下实现了CO_(2)参与非活化烯烃1,3-双羧基化反应,实现了双羧基化领域尚未实现的区域选择性.反应过程涉及一个C–C单键断裂和三个C–C单键形成,可合成一系列新型戊二酸类产物,并且产物易于衍生为杂环结构.一系列给电子、吸电子取代基以及杂芳环取代基均能兼容于反应体系.机理实验结果表明,反应中可原位产生二氧化碳自由基阴离子(CO_(2)^(-)),随后经历自由基加成、1,2-芳基迁移、单电子还原和亲核进攻CO_(2)等过程产生二元羧酸产物.综上,本文为可见光催化CO_(2)参与二羧基化反应方法提供了重要的区域选择性补充,并可同时构建多个C–C键,具有应用前景.

羧基化氧化石墨烯-谷氨酸复合物的抗凝血性能

将手性的L-谷氨酸(Glu)接枝到羧基化氧化石墨烯片层上,制备了一种羧基化氧化的氧化石墨烯-谷氨酸复合物(GeneO-Glu),提高了羧基化的氧化石墨烯的生物相容性.利用红外光谱、静态水接触角、X射线衍射及热重分析等手段对所合成的GeneO-Glu复合物进行了表征,并对其复合机理进行了探讨.结果表明,Glu可在一定条件下通过化学反应键合在羧基化的氧化石墨烯片层上.血浆复钙时间随着复合物浓度的增加而增加;不同pH值条件下合成的复合物在不同浓度下的溶血率均小于5%,GeneO-Glu复合物在低浓度时即表现出优良的抗凝血性能.

氧化石墨烯固载四(对-羧基苯基)锰卟啉催化氧化甲苯

为模拟细胞色素P-450酶催化活性空腔,提高昂贵金属卟啉的催化使用效率,采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,通过π-π非共价键以及配位作用制得氧化石墨烯固载四(对-羧基苯基)锰卟啉的仿生催化材料。采用红外可见光谱(FT-IR)、紫外可见光谱(UV-Vis)、热重分析(TG)、扫描电镜(SEM)、比表面积测试(BET)和X射线光电子能谱分析(XPS)等技术对此催化材料进行表征,并运用于催化氧化甲苯的性能研究。研究结果表明,在较优条件(170℃,0.8 MPa)下,用含0.5 mg四(对-羧基苯基)锰卟啉的催化材料催化氧气氧化甲苯可以重复使用4次,其催化氧化甲苯的平均转化率为12%,醇酮产率为5%,基本保持四(对-羧基苯基)锰卟啉对甲苯的催化活性。这表明氧化石墨烯对四(对-羧基苯基)锰卟啉的固载作用能提高金属卟啉的催化使用效率,降低金属卟啉核心催化剂的成本,具有较好的应用价值。

羧基化氧化石墨烯的制备与滴定法定量检测

石墨烯具有独特的热学、电学、光学和力学性能,氧化石墨烯通常被认为是对石墨烯进行表面修饰的主要前驱体.采用改进的Hummers方法,以天然石墨粉为原料制备氧化石墨烯,通过多种操作步骤增加了氧化石墨烯表面上羧基的含量,获得了羧基化的氧化石墨烯,并通过滴定法对羧基基团进行定量检测.采用红外光谱对氧化石墨烯进行了测试,光谱特征峰表明其表面上成功地接枝上了聚乙二醇以及羧基基团.定量检测表明,相比于其他羧基化处理方法,混酸处理后的氧化石墨烯表面上的羧基含量明显得到提高.

端羟基超支化聚(胺-酯)接枝氧化石墨烯及在环氧树脂中的应用

采用改进的Hummer方法制备了氧化石墨烯(GO),再用核准一步酯化缩聚法接枝改性氧化石墨烯制备了端羟基超支化聚(胺-酯)接枝氧化石墨烯(HP-GO),将其与环氧树脂(EP)复配制得了HP-GO/EP复合材料。HP-GO的结构和特性用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、扫描电镜和热重分析进行了表征。结果表明,在GO上成功接枝上了端羟基超支化聚(胺-酯)。对复配的复合材料进行力学性能、拉伸断面形貌和热稳定性表征,并考察了GO和HP-GO在环氧树脂基体中的分散状态。结果表明,HP-GO有利于提高复合材料的综合性能,在HP-GO的质量分数为0.5%时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度均达到最大值,分别为67.24MPa,86.09 MPa和12.64kJ/m^(2),与空白EP相比,分别增加了66.7%,37.39%和23.20%。拉伸断面形貌分析表明,纯EP是脆性断裂,而HP-GO/EP是典型的韧性断裂;热重分析发现,HP-GO较纯GO能更好地提高环氧树脂的热稳定性。HP-GO在环氧树脂基体中的分散状态更加均匀。

氧化石墨烯/β-环糊精超分子杂化体的制备及表征

利用有机合成技术及超分子自组装技术逐级合成了一种新颖的石墨烯基超分子杂化纳米材料,并利用红外（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）等确认了产物的结构.同时,热重（TG）研究表明：在50~400℃的测试范围内,源于界面相互作用的提高,逐级引入的有机基团显著增加氧化石墨烯衍生物的热稳定性能.该材料在开发具有新颖性能的石墨烯基有机无机杂化复合材料具有一定的实践意义及理论价值.

羧基化氧化石墨烯的可控合成及血液相容性

采用自由基引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)作为功能改性剂,通过AIBN分解产生的异丁腈自由基进攻氧化石墨烯上五元环与七元环的缺陷点,形成氰基改性氧化石墨烯中间体,再通过水解反应制得羧基化氧化石墨烯[GeneO—C(CH3)2—COOH]纳米材料.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR),X射线衍射(XRD),热重分析(TGA)和原子力显微镜(AFM)等方法对合成的材料进行了表征,并采用复钙时间测试考察了材料的血液相容性.研究结果表明,氧化石墨烯中羧基的含量可以通过调整AIBN和GeneO的投料比来控制.本方法不但可提高氧化石墨烯的羧基含量,而且可使其具有良好的血液相容性.

β-环糊精-氧化石墨烯超分子杂化体的构筑及应用进展

β-环糊精是由7个D-吡喃葡萄糖单元通过α-1,4-糖苷键键连成环的超分子主体分子,"内疏水、外亲水"的独特结构赋予了其优异的分子识别能力;氧化石墨烯类材料凭借其优良特性成为近几年的研究热点。由β-环糊精和氧化石墨烯构筑的超分子杂化体在兼具二者特有性能的基础上又有新功能的引入。本文综述了β-环糊精-氧化石墨烯超分子杂化体的构筑方式,按二者间的连接方式,分别为共价键和非共价键两种连接方式,其中通过共价键连接是目前最主要的构筑方式;此外对β-环糊精-氧化石墨烯超分子杂化体的特征和表征进行了简述。同时对β-环糊精-氧化石墨烯超分子杂化体在水污染处理、电化学检测、药物控释和催化等领域的应用进展进行了综述。最后对该超分子杂化体在构筑和应用上的发展趋势进行了展望。

氧化石墨烯羧基化改性研究

利用氢溴乙酸对羧基氧化石墨烯(GO-COOH)羧酸进行羧基中的化合物改性,制备了羧基中的化合物氧化石墨烯(GO-COOH-COOH),通过傅里叶光谱变换和近红外光谱、原子力光谱显微镜、热重力学分析对其结构进行了表征。然后我们采用不同物理用量的产物GO-COOH-COOH通过各种物理共轭预混分别反应制备了改性甲基聚丙烯酸酯用于皮革作为涂饰黏合剂,并广泛应用于各种皮革上的涂饰。

二氧化锰/还原氧化石墨烯复合纳米材料电-热转化特性

采用天然石墨为原料,利用修正的Hummers法,成功合成氧化石墨烯(GO)。通过浸轧-烘干-焙烘、原位液相沉积和碳化工艺制备出MnO_2@C和MnO_2/rGO@C碳化样品,并与纯棉织物(C)碳化样品进行对比测试分析。采用SEM、EDS、XRD、ICP和元素分析等技术手段对碳化样品的表观形态、内部结构、元素组成及配比进行系统表征分析,并对其电-热转化特性进行探究。测试结果表明:棉织物表面附着的GO能为MnO_2纳米粒子提供更多沉积位点,其MnO_2沉积量是纯棉织物的2.4倍。经碳化处理后,GO还原为石墨烯,样品导电性能大幅度提高,电导率由38S/m(C)提高到90S/m(MnO_2/rGO@C)。此外,MnO_2/rGO@C具有突出的电-热转化特性。在外加电压~15V时,5min内,其温度可逐步递增至稳态最大值54℃。认为该研究成果可应用于智能保暖服饰的开发和能量转换领域,具有广阔的应用前景。

石墨烯-氧化铈杂化材料的合成及可见光催化降解氨氮

采用水热法合成了氧化铈-石墨烯(CeO_2-rG)复合材料,并用XRD、TEM、FT-IR、Raman、UV-Vis等手段进行了表征。以CeO_2-rG为光催化剂,在可见光λ>400nm照射下光催化降解了氨氮。考察了氧化石墨烯含量、溶液的pH值、氨氮初始浓度、催化剂用量对氨氮降解效率的影响。结果表明,当氨氮溶液浓度为100.0mg/L、溶液的pH值为10.0、溶液体积50.0mL、催化剂量为0.1g、可见光辐射8h时,单组份CeO_2降解氨氮的效率仅为38%,而CeO_2-rG(GO 5.0%(质量分数))杂化催化剂降解氨氮的效率达到92.4%。动力学研究表明,氨氮降解遵守一级反应动力学规律,其表观速率常数的平均值为4.2×10-3 min-1。根据反应产物分析了反应机理。

基于石墨烯-氧化镍杂化物与二氧化钛纳米管协效阻燃环氧树脂的制备及研究

通过共沉淀法制备了石墨烯-氧化镍杂化材料,通过水热法制备了二氧化钛纳米管,然后利用溶液共混法制备了石墨烯-氧化镍/二氧化钛纳米管/环氧树脂纳米复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪和透射电子显微镜(TEM)对纳米材料的结构和形貌进行表征;热重分析数据表明复合材料的热稳定性有所提高;锥形量热测试结果显示,将石墨烯-氧化镍杂化物与二氧化钛纳米管进行复配,加入环氧树脂中,可以有效降低材料的热释放速率峰值和总热释放。

羧基化氧化石墨烯在聚丙烯酸酯皮革涂饰剂改性中的应用

利用溴乙酸对氧化石墨烯(GO)进行羧基化改性,制备了羧基化氧化石墨烯(GO-COOH),通过傅里叶变换红外光谱、原子力显微镜、热重分析对其进行了表征。然后采用不同用量的GO-COOH通过物理共混分别制备了不同用量的GO-COOH改性的聚丙烯酸酯皮革涂饰剂,并应用于皮革涂饰。考察了皮革涂饰浆料配制过程中加料顺序对滤渣产生的影响;研究了GO-COOH用量对聚丙烯酸酯涂层的耐干湿擦性能、表面光泽度、耐折牢度及粘着牢度的影响。结果表明:当GO-COOH在加入染料水并过滤除去滤渣之后再加入到涂饰浆料中,可以避免GO-COOH沉淀;在研究的GO-COOH用量范围内,GO-COOH的加入可以提高涂层的耐干湿擦性能、耐折牢度及粘着牢度,但是不会对涂层的光泽度产生显著的影响。而且,随着GO-COOH用量的增加,涂层的耐干湿擦性能、耐折牢度及粘着牢度越好。

羧基化氧化石墨烯对Nd^(3+)的吸附

氧化石墨烯由于具有大的比表面积和丰富的含氧官能团,在水环境治理领域引起了广泛的关注。对氧化石墨烯进行羧基化改性处理,系统地研究了溶液pH、离子强度、反应时间和初始浓度等因素对羧基化氧化石墨烯吸附性能的影响,发现羧基化氧化石墨烯对Nd^(3+)具有很强的吸附能力。羧基化氧化石墨烯吸附Nd^(3+)的速率很快,能在10 min内吸附大部分的Nd^(3+),并在30 min内达到吸附平衡,符合准二级动力学模型。吸附性能几乎不受离子强度影响,吸附等温线符合Langmuir模型,说明吸附过程是单层化学吸附。通过羧基化氧化石墨烯材料对Nd^(3+)的吸附行为研究,为水处理中的稀土元素分离提供一个新的选项。

羧基化氧化石墨烯对Cu(Ⅱ)的吸附综合实验

依托科研项目,设计了羧基化氧化石墨烯对Cu(Ⅱ)的吸附的研究性综合实验。该实验包括羧基化氧化石墨烯材料的制备和其对Cu(Ⅱ)的吸附性能研究,涉及红外光谱仪、拉曼光谱仪、X射线粉末衍射仪、元素分析仪以及原子吸收分光光度计的使用。通过实验,使学生了解石墨烯材料的制备过程和表征技术,提高学生学习兴趣,培养学生创新思维,锻炼学生实践能力,提高学生的综合素质和科研创新能力。

氧化石墨烯的表面羧基化与表征

采用丁二酸酰基过氧化物对氧化石墨烯(GO)进行表面羧基化,制得羧基化氧化石墨烯(GO—COOH),利用红外光谱、X射线电子能谱、热失重等手段对产物进行了表征,并对GO和GO—COOH在水中和甲苯中的分散性能进行观察。研究结果表明:丁二酸酰基过氧化物受热分解产生的端羧基自由基以共价键的方式接枝到GO表面;与GO相比,GO—COOH在水中的分散稳定性更好,而在甲苯中的分散稳定性变差,这一现象说明GO—COOH较GO引入了更多的极性基团。本方法为GO表面增加更多的活性点提供了一条新途径。

氧化石墨烯固定化α-淀粉酶

以石墨粉为原料,使用改进Hummer法制备氧化石墨烯,采用沉积法固定化α-淀粉酶,并对固定条件进行优化。分别采用NaOH-CH_2ClCOOH法和HNO_3-H_2SO_4法制备羧基化氧化石墨烯,并将其用于固定化α-淀粉酶。结果表明,沉积法固定化酶的最适宜温度为65℃,最适宜pH=7. 0。连续催化反应9次后,固定化酶活力仍能保持初始固定化酶活力的47. 81%。经比较发现,NaOH-CH_2ClCOOH法更有利于羧基化氧化石墨烯的制备,该方法制备的羧基化氧化石墨烯产率为HNO_3-H_2SO_4法的1. 2倍。

羧基化氧化石墨烯/聚偏氟乙烯杂化膜合成及其水处理研究

羧基化处理氧化石墨烯(GO)得到羧基化氧化石墨烯(GOC),通过共混法制备复合膜,对比研究GO、GOC对聚偏氟乙烯(PVDF)膜的亲水性、抗污染性等性能的影响,测试了膜的亲水接触角、膜通量、蛋白质截留率、通量恢复率等。结果表明:GOC/PVDF膜部分β晶型转变为α晶型,表面小孔增多,断面指状孔及海绵状孔径变小,热稳定性提高,亲水性增强,接触角由原膜的81.0°降低到41.2°;水通量和孔隙率分别提高至原膜的3倍和2倍;BSA截留率最大可达到40%。