两亲性石墨烯量子点的制备及其作为粒子型表面活性剂的应用研究

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两亲性材料因其独特的物理化学性能,在生物化学和材料学等领域具有广泛应用。其中两亲性纳米粒子因其高效、对环境友好、能增高乳液稳定性等特点被广泛应用在表面活性剂领域。近几年来,两亲性碳基纳米粒子由于细胞毒性低、生物相容性好、成本低的优点引起了广大研究者的兴趣。石墨烯量子点(GQDs)是一种新型的碳基量子点,由纳米尺寸的二维蜂窝状石墨烯骨架和表面及边缘的官能团构成。石墨烯骨架具有疏水性,而官能团通常为羟基、氨基等亲水性基团,因此GQDs是潜在的两亲性碳基纳米粒子。然而,目前报道的GQDs多表现为单一亲水性或疏水性,不具备两亲性,限制了其作为粒子型表面活性剂的应用。通过对单一亲水性或疏水性GQDs表面修饰改性,调控亲水疏水基团的比例可使其表现出两亲性。两亲性GQDs在催化、分散、表面活性剂等领域表现出独特的应用价值。本论文通过两步合成法和一步合成法分别制备了两亲性GQDs,并研究了其在表面活性剂、乳液聚合、合成特殊形貌粒子方面的应用。具体研究如下:(1)建立了具有两亲性的己胺修饰石墨烯量子点(HEX-GQDs)的两步水相制备方法,并研究了其作为粒子型表面活性剂在乳液聚合以及合成特殊形貌金纳米粒子的应用。利用浓硝酸氧化切割CX-72碳黑得到表面富含羧基和环氧基的亲水性石墨烯量子点(COOH-GQDs),然后在催化剂1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和保护剂N-羟基琥珀酰亚胺作用下,通过酰胺化将己氨修饰到COOH-GQDs表面,从而得到HEX-GQDs。利用透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)表征了HEX-GQDs的形貌,尺寸大小及分布和片层厚度;利用荧光光谱仪表征了HEX-GQDs的荧光性质;使用了X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)考察了HEX-GQDs的元素组成以及化学结构。我们还发现HEX-GQDs可作为粒子型表面活性剂使环己烷-水体系形成稳定的反相Pickering乳液;将HEX-GQDs作为表面活性剂,通过苯乙烯乳液聚合成功制备了荧光聚苯乙烯微球;将HEX-GQDs作为形貌诱导剂,制备了具有枝状结构的金纳米粒子,相较于普通金纳米粒子,制备的枝状金纳米粒子在催化NaBH4还原对硝基酚和亚甲基蓝方面表现出更好的催化性能。(2)建立了具有两亲性的11-巯基十一烷酸修饰的石墨烯量子点(MUA-GQDs)的一步制备法,并研究了其作为粒子型表面活性剂在乳液聚合中的应用。选择1,3,6-三硝基芘为碳源,利用11-巯基十一烷酸提供疏水官能团,NaOH提供亲水官能团,通过简单的一步水热制备过程得到MUA-GQDs。利用TEM和AFM表征了MUA-GQDs的形貌尺寸和片层厚度;利用荧光光谱仪考察了MUA-GQDs荧光性质;利用XPS与FTIR对MUA-GQDs的元素组成以及化学结构进行了考察。MUA-GQDs作为粒子型表面活性剂可使二氯甲烷和水体系形成稳定的反相Pickering乳液。我们将HEX-GQDs作为表面活性剂,通过苯乙烯乳液聚合方法成功制备了空心的荧光聚苯乙烯微球。
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