氧化石墨烯/聚酰胺纳米复合材料研究进展

石墨烯具有优异的光学、电学和力学性质,石墨烯/聚合物纳米复合材料受到了学术界和产业界的共同关注。近年来,氧化石墨烯/聚酰胺纳米复合材料在提高材料性能、拓展下游应用方面取得了突破。文中综述了氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和功能化氧化石墨烯与不同聚酰胺复合的研究进展,总结了原位聚合、熔融复合和溶液共混等制备方法,讨论了氧化石墨烯的功能化方法以及纳米复合材料的化学结构、热性能、力学性能、电化学性能及应用,同时对该领域的发展和面临的挑战进行了探讨。

钇掺杂钛酸锂/氧化石墨烯纳米复合材料的合成与电化学性能

以氧化石墨烯(GO)为基底,钛酸四丁酯、一水合氢氧化锂、六水合硝酸钇为原料,十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂,采用溶剂热法合成前驱体,在N2气氛保护下高温煅烧合成了钇掺杂钛酸锂/氧化石墨烯纳米复合材料。采用SEM、XRD、EDS、Raman对复合材料进行了形貌、结构和成分表征。将复合材料用作锂离子电池负极材料,采用循环伏安法、恒流充放电循环法研究了其电化学性能。结果表明,片状钛酸锂包覆在氧化石墨烯片上形成了钇掺杂钛酸锂/氧化石墨烯纳米复合材料。在100 mA/g的电流密度下,钇掺杂量为8%(以钛酸锂的物质的量为基准,下同)的纳米复合材料的首次放电比容量为145.5mA·h/g,经过100圈充放电循环后容量衰减几乎为0,经过200圈循环后容量衰减1.59%,经过300圈循环后容量衰减3.24%,与目前容量保持率只有80%左右的石墨负极相比有明显的改进。钇元素的掺杂和钛酸锂包覆氧化石墨烯形式的复合材料可以减小钛酸锂电极在充放电循环中的极化程度,从而改善了材料的循环性能。

新型氧化石墨烯复合涂层材料的制备与性能研究

为了降低钢质管道的机械磨损速率,通过湿化学氧化(未改良和改良Hummers法)使用高锰酸钾和硫酸从石墨中得到氧化石墨烯。该实验在不同温度下进行。通过电泳沉积法,在钢材表面覆盖了一层超薄的锌-氧化石墨烯(Zn-GO)。通过XRD和LPA验证了GO颗粒的粒径小于90纳米。对于通过改良Hummers法得到的GO颗粒,通过显微维氏硬度等测试(R2=0.93)中观察到显著相关性,综合分析证明了新型氧化石墨烯的优异性能。

氧化石墨烯/碳纳米管/聚丙烯复合材料的制备及性能研究

氧化石墨烯(GO)、碳纳米管(CNTs)作为增强材料赋予聚合物复合材料多种优异性能,然而,其在聚合物中的分散性是影响复合材料性能的重要因素.本研究采用改进的Hummers方法制备了氧化石墨烯,将均聚聚丙烯(PP)与GO及羧基化CNTs通过平行双螺杆挤出机共混挤出,得到GO/CNTs/PP复合材料,并研究了GO与CNTs的含量对复合材料性能的影响.测试结果表明当GO与CNTs的质量比为7∶3时,GO与CNTs在聚合物中分散均匀,复合材料的力学性能提高显著.

PLGA/赖氨酸接枝氧化石墨烯纳米粒子复合支架对MC3T3细胞成骨分化的影响

背景:骨损伤后如何有效促进骨再生和骨重建一直是临床骨修复研究中的关键问题,利用生物和降解材料搭载生物活性因子在骨修复中具有优秀的应用前景。目的:探究赖氨酸接枝氧化石墨烯(LGA-g-GO)纳米粒子改性的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)复合支架对成骨分化及新骨形成的影响。方法:将PLGA溶于二氯甲烷中,利用溶剂挥发法制备PLGA支架;将氧化石墨烯均匀分散于PLGA溶液中制备PLGA/GO复合支架;利用化学接枝法制备LGA-g-GO纳米粒子,将LGA-g-GO纳米粒子按不同的质量比(1%,2%,3%)与PLGA共混构建出PLGA/LGA-g-GO复合支架。表征5组支架的微观形貌、亲水性、蛋白吸附能力。将MC3T3细胞分别接种于5组支架表面,检测细胞增殖与成骨分化情况。结果与结论:①扫描电镜下可见PLGA支架表面光滑平坦,其余4组支架表面粗糙,并且随着LGA-g-GO纳米粒子加入量的增加,复合支架的表面粗糙程度加重;PLGA/LGA-g-GO(3%)复合支架的水接触角低于其他4组支架(P<0.05);PLGA/LGA-g-GO(1%,2%,3%)复合支架的蛋白吸附能力强于PLGA、PLGA/GO支架(P<0.05);②CCK-8检测显示,PLGA/LGA-g-GO(2%,3%)复合支架可促进MC3T3细胞的增殖;碱性磷酸酶染色与茜素红染色显示,PLGA/LGA-g-GO(2%,3%)组细胞碱性磷酸酶活性高于其他3组(P<0.05),PLGA/GO组、PLGA/LGA-g-GO(1%,2%,3%)组钙沉积多于PLGA组(P<0.05);③结果表明,PLGA/LGA-g-GO复合支架能够促进成骨细胞的增殖和成骨分化,有利于骨损伤后的骨再生和骨重建。

Fe_3O_4磁性纳米粒子-氧化石墨烯复合材料的可控制备及结构与性能表征

首先利用高温分解法制备了粒径为18nm的Fe3O4磁性纳米粒子,并进行羧基化修饰,然后与聚乙烯亚胺(PEI)化学修饰的氧化石墨烯进行交联反应,得到磁功能化的氧化石墨烯(MGO)复合材料.研究了氧化石墨烯片上的磁性纳米粒子的可控负载及其对复合材料磁性能的影响.利用透射电子显微镜(TEM),原子力显微镜(AFM),X射线衍射(XRD),傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,热重分析(TGA),振荡样品磁强计(VSM)等手段对MGO复合材料的形貌,结构和磁性能进行了表征.结果表明,我们发展的MGO复合材料的制备方法具有简单、可控的优点,所制备的MGO复合材料具有较高的超顺磁性.该类磁性氧化石墨烯复合材料有望在磁靶向药物、基因输运、磁共振造影以及磁介导的生物分离和去除环境污染物等领域获得广泛的应用.

氧化石墨烯/聚苯胺(GO/PANI)纳米复合材料的制备及其对废水中Cr(Ⅵ)吸附性能测试

重金属离子在自然环境中难降解、易富集、毒性大,目前重金属污染已成为全球广泛关注的问题。吸附法在处理重金属废水中有着广泛的应用,本研究以石墨和苯胺为基本原料,成功制备出氧化石墨烯/聚苯胺复合材料,并且研究了氧化石墨烯/聚苯胺复合材料对六价铬的吸附性能,结果表明氧化石墨烯/聚苯胺复合材料对六价铬的吸附性能优于单一的氧化石墨烯和聚苯胺材料,该复合材料有较大的吸附潜力。

基于石墨烯/铂纳米颗粒复合材料的过氧化氢无酶传感器的研制

提出了一种新的过氧化氢电化学传感器的制备方法。通过Hummer法氧化天然石墨粉制得氧化石墨,在蒸馏水中利用超声分散将氧化石墨剥片,从而合成了氧化石墨烯(GO)。将氧化石墨烯修饰到电极上后通过电沉积法在氧化石墨烯上沉积Pt纳米颗粒制得复合材料。利用其对过氧化氢的直接催化还原作用,研制了无酶过氧化氢传感器,实现对过氧化氢的灵敏测定,其响应电流与过氧化氢的浓度在4.00×10-5 mol/L～6.11×10-3 mol/L范围内呈线性关系,研究了各种实验条件对过氧化氢传感器性能的影响。该传感器制作简单,使用寿命长。

石墨烯-氧化锌纳米棒复合材料的超声法制备及其光催化性能

以鳞片石墨为原料,用浓硝酸对其插层后膨胀制备出膨胀石墨,以滚压振动磨预处理的超细微锌粉为锌源,以蒸馏水和无水乙醇作为分散剂,经30kHz的超声波处理8h即得到复合结构良好的石墨烯-氧化锌纳米棒复合光催化剂(ZnO/G),考察了锌粉和膨胀石墨不同比例对复合材料光催化性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、激光拉曼仪(Raman)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见光谱分析仪(UV-Vis)等测试手段对复合光催化剂进行表征,结果表明,复合材料中的氧化锌纳米棒呈现出六方晶系纤锌矿结构,并均匀覆盖在石墨烯表面上,其直径大约为20nm。不同比例制得的复合材料对甲基橙的降解效率差别较大,其中锌粉为1.0g时,复合材料的光催化性能明显优于等量的氧化锌纳米棒材料。

石墨烯-氧化钌纳米复合材料的水热法合成及电化学电容性能(英文)

通过水热法制备了石墨烯-氧化钌(G-RuO2)纳米复合材料。对样品进行了X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)和能量色散谱(EDS)表征。SEM结果表明氧化钌粒子均匀地分散在石墨烯层片上。TEM结果显示氧化钌纳米粒子的平均粒径约为3 nm。对样品进行了循环伏安和充放电性能测试,结果表明在1 A.g-1的电流密度下,样品在H2SO4(1 mol.L-1)溶液中具有219.7 F.g-1的比电容。

还原氧化石墨烯-硫化铜纳米复合材料的制备及在癌症热疗中的应用

通过一步水热法制备了一种具有光热性能的纳米复合材料——还原氧化石墨烯-硫化铜(rGO-CuS),利用傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱、紫外-可见光谱及高分辨透射电子显微镜对所合成纳米复合物的结构和形貌进行了表征,并通过细胞实验和动物实验考察其癌症热疗效果.结果表明,与未复合的氧化石墨烯(GO)和硫化铜相比,rGO-CuS在近红外光区域具有更高效的光热转换效率;rGO-CuS的光热治疗效果明显好于GO和CuS.

金纳米花/氧化石墨烯复合基底的制备及SERS性能研究

采用Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),采用种子生长法合成了粒径为50 nm的金纳米花,再以制备好的金纳米花和GO为结构单元,通过对比不同配比的AuNSFs/GO复合物,得到了最佳配比,并对该纳米复合材料进行了表征和SERS性能验证。

Pt-TiO_2-还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备及氧还原性能

制备一种具有高氧还原电催化活性的Pt-TiO2-还原氧化石墨烯复合材料;采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、高分辨透射电镜和拉曼光谱分析手段对催化剂的组成和微观结构进行表征.结果表明：氧化石墨烯在复合材料的合成过程中被还原为还原氧化石墨烯,纳米Pt与TiO2颗粒均匀地附着在还原氧化石墨烯的片层上形成Pt-TiO2-还原氧化石墨烯复合材料;该复合材料氧还原起始电位为-0.20 V左右,通过Koutecky-Levich方程计算得到电催化过程中复合材料的交换电流密度为10-6～10-5 mA/cm2,16 000 s的计时电流测试后其相对电流值高达起始值的88％以上.

3D氧化石墨烯纳米带-碳纳米管/TPU复合材料薄膜的制备与性能

利用溶液成型法制得3D功能化氧化石墨烯纳米带-碳纳米管(pGONRs-CNTs)/热塑性聚氨酯(TPU)复合材料薄膜。采用FTIR,XRD,XPS和TEM对所得pGONRs-CNTs的结构及性能进行表征,并结合所得TPU复合材料薄膜的氧气透过率和拉伸性能测试以及表面形貌观察,研究GONRs与CNTs的协同作用以及不同含量pGONRs-CNTs对TPU复合材料薄膜阻隔和力学性能的影响。结果表明:pGONRs-CNTs复合体具有独特的3D交织状结构,其中GONRs间通过CNTs链接,二者间较强的π-π键使得这种结合形态牢固紧密,同时CNTs的存在也起到支撑骨架的作用,防止GONRs的滑移与团聚;通过异氰酸苯酯的改性处理,pGONRs-CNTs复合体的亲油性得到明显提高,同时较为庞大的异氰酸根的引入,使得GONR-GONR间的层间距得到了进一步的提高,更有利于其在聚合物基体中实现均匀分散。当pGONRs-CNTs质量分数为0.5%时,pGONRs-CNTs/TPU复合材料薄膜的氧气透过率和拉伸强度相比纯TPU薄膜分别降低了63.08%和提高了46.55%,阻隔性能和力学性能均得到显著改善。

纳米金@石墨烯复合多孔材料还原4-硝基苯酚

以负载纳米金颗粒的还原石墨烯(APR)为二维模板,采用溶剂编织法在石墨烯表面成功构建具有多孔结构的超交联聚合物(hyper-crosslinked polymer,HCP)并命名为APfR-HCP,探讨复合材料比表面积的变化及还原4-硝基苯酚(4-NP)的性能。结果表明:该新型复合材料具有较大的比表面积(568m^(2)/g)和丰富的孔道结构;多孔层结构的存在可以快速吸附水体中的小分子有机污染物并富集到金纳米颗粒表面,大大提升复合材料对常见有机污染物4-NP的催化性能;同时还可以有效阻止金纳米颗粒的团聚。APfR-HCP复合多孔材料可以在4min内迅速将4-NP还原为4-氨基苯酚(4-AP),反应速率常数K可达1.10min。APfR-HCP复合多孔材料的催化效率远大于模板APR(K=0.068min-1),并且具有良好的循环利用性,循环使用5次后仍具有良好的催化性能。

TEOS-GO掺杂的银基离子聚合物金属复合材料的制备及其致动性能

离子聚合物金属复合材料(IPMC)是一种新型的电驱动软材料,具有质量轻、驱动电压低的优点,但也存在输出力较小、驱动时间短的缺点,限制了其应用前景。提出了一种在基膜内掺杂硅酸乙酯-氧化石墨烯(TEOS-GO)以提高保水性和驱动能力的银基IPMC,通过对纯Nafion IPMC与TEOS-GO/Nafion IPMC致动器的含水量、尖端位移、输出力和稳定性等参数的测试,证实优化后IPMC的驱动性能有明显的提升。实验结果表明,掺杂质量分数1.5%TEOS-GO的IPMC在3 V直流电压下,尖端位移达到16.579 mm,相当于纯Nafion IPMC的3.37倍;输出力最高达到0.439 gf(1 gf=9.8 mN),是纯Nafion IPMC的5倍。这种改进方式弥补了IPMC用于致动器的缺点,为今后的发展开拓了前景。

多巴胺改性氧化石墨烯-TiO2纳米复合材料在水性环树脂中物理性能和腐蚀动力学研究

利用多巴胺(DA)改性氧化石墨烯(GO),并将纳米TiO2负载在氧化石墨烯GO表面,制备了纳米PDA@GO-TiO2复合材料.通过FT-IR、XRD、Raman光谱、XPS和TEM等表征手段对纳米PDA@GO-TiO2复合材料的结构、微观形貌等进行表征分析.采用超声分散与机械搅拌相结合的方法将改性纳米PDA@GO-TiO2复合材料分散到水性环氧树脂中,制备了纳米PDA@GO-TiO2复合水性环氧树脂涂层(PGT/WEP).测试了PGT/WEP涂层的硬度、耐冲击性、附着力等物理性能,并对其电化学性能进行了评价.结果 表明:在水性环氧树脂中添加纳米PDA@GO-TiO2复合材料比在相同百分比下使用GO或纳米TiO2的涂层具有更好的物理性能.涂层性能和腐蚀动力学分析表明,PDA改性GO-TiO2作为水性环氧涂料的添加剂具有潜在的应用前景.

基于四氧化三钴-石墨烯纳米复合材料的电化学DNA传感器

以离子液体碳糊电极(CILE)为基底电极,四氧化三钴-石墨烯(Co_3O_4-GR)纳米复合材料为修饰剂制备了一种新型电化学DNA传感器,并应用于副溶血弧菌tlh特征序列测定.利用壳聚糖(CTS)将Co_3O_4-GR复合材料固定在CILE表面,然后将探针ssDNA序列通过吸附法固定在CTS/Co_3O_4-GR/CILE上,与目标ssDNA序列发生特异性的分子杂交反应,以铁氰化钾为电化学信号分子,根据杂交反应前后伏安信号的差异实现了对目标ssDNA检测的目的,建立相应的工作曲线,求解线性范围和检测限等分析参数.由于复合材料具有大的比表面积故能够增加探针ssDNA的负载量,其高导电性有效地提高电化学响应信号.在最佳实验条件下使用差分脉冲伏安法可对1.0×10^(-14)~1.0×10^(-6)mol/L浓度范围的目标ssDNA序列进行检测,检测限为3.3×10^(-15)mol/L(3σ),该DNA传感器可有效识别单碱基和三碱基错配序列,具有良好的应用前景.

基于部分还原氧化石墨烯纳米复合材料的肿瘤靶向光动力-光热联合治疗剂的制备

以氧化石墨烯(GO)为原料,通过温和方法制备部分还原氧化石墨烯(pRGO);由pRGO与核酸适配体AS1411及吲哚菁绿(ICG)通过非共价作用构建了光热-光敏纳米复合物pRGO-AS1411-ICG(pRAI).利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见光谱、透射电子显微镜和EDS能谱对pRGO和pRAI复合物的结构和形貌进行了表征,并利用细胞实验考察了其肿瘤细胞的光疗-热疗效果.结果表明,pRAI以AS1411为靶向分子,可通过光热和光毒性双重作用高效杀伤肿瘤细胞.

氧化石墨烯-纳米银复合材料的应用研究进展

氧化石墨烯(GO)-纳米银(AgNPs)复合材料(GO-AgNPs)由于GO与AgNPs各自具有的优异性能,并能够产生协同作用,使其物理化学性能得到增强。近年来,GO-AgNPs复合材料在抗菌、光学、化工催化、改性聚合物材料、电化学等方面的应用受到人们广泛关注。对GO-AgNPs复合材料的制备方法及应用进展进行了综述。