石墨烯偶氮功能化及重氮盐功能化

• 作 者: 张晓勇
• 机 构: 湖南大学
• 出 处: 湖南大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 石墨烯 液相剥离 共价功能化 偶氮引发剂 重氮盐

石墨烯是单原子厚的二维片状材料，由sp2杂化的碳原子有序排布成蜂窝状结构。近年来，石墨烯引起了研究人员的极大兴趣，这归因于使其拥有优异性能的特殊二维结构。石墨烯的优异特性使其成为一种非常有应用前景的材料。尽管石墨烯在很多领域有很大的应用潜力，但现在石墨烯材料本身还存在两个非常明显的缺陷，一是本身无带隙，二是在有机和水相溶剂中都没有较好的分散性，所以想把石墨烯材料真正应用于相关领域，必须采取一定的措施克服上述的两个缺陷。对石墨烯进行化学共价功能化是解决上述问题的一种较为有效的方法。本论文以微晶石墨为原料，在甲苯和氮甲基吡咯烷酮混合溶剂中，通过超声使甲苯插层石墨制备出插层石墨复合物，随后将该复合物在强极性溶剂氮甲基吡咯烷酮中通过超声剥离制备出石墨烯分散液。对制备出的石墨烯进行了原子力显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜表征，结果表明该方法所制备的石墨烯片层较大，质量较好、由单层或少数几层组成。本人第一次公开报道了偶氮共价功能化石墨烯的方法。偶氮功能化石墨烯是利用高分子引发剂偶氮二异丁腈作为石墨烯的功能化试剂，加热产生异丁腈自由基可以共价接枝到石墨烯上。通过红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱、热重分析和透射电子显微镜等对制备的材料进行了表征分析，充分证明了偶氮共价功能化石墨烯的成功制备。这种方法制备的功能化石墨烯改善了石墨烯在溶剂中的分散性，且这种方法具备反应条件温和、制备量大、步骤简便等优点，是优异的共价功能化石墨烯的方法，具有巨大的潜在应用价值。本论文中对传统的重氮盐功能化石墨烯的方法进行了改进，直接用对硝基苯重氮盐对石墨烯进行功能化，避免了采用四氟化硼酸重氮盐衍生物的苛刻的反应条件。并对功能化后的石墨烯进行拉曼光谱、红外光谱、热重等分析，从而确定了重氮盐功能化石墨烯的成功制备。通过使用四探针测试仪对不同功能化程度的石墨烯进行电导率测试，电导率随重氮盐与石墨烯碳原子的摩尔比的增加而减少，所以我们可以通过控制摩尔比来控制石墨烯的电导率。