功能性有机/无机纳米杂化材料的制备及应用:超临界二氧化碳条件下的研究及基质改变的研究

• 作 者: 徐贵恒
• 机 构: 郑州大学
• 出 处: 郑州大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 石墨烯 超临界二氧化碳 碳纤维 聚苯胺 聚集诱导发光 纳米杂化材料 基质改变

近年来，具有好的可控形态和尺寸的纳米复合材料越来越吸引人们的注意，因为它们是决定材料性能的关键，并且成功的应用在催化，医药，传感器等领域。纳米复合材料不仅同时兼有单一组分的性能，而且各组分之间具有协同效应，赋予了纳米复合材料许多特殊的性能。CNF和石墨烯具有优异的导电性能，力学性能，大的比表面积使其在超级电容器、复合材料、催化、电化学传感器等领域有着广泛的应用，同时CNF和石墨烯与无机纳米材料和有机高分子的纳米复合材料不仅解决了单一组分的功能单一性，同时赋予了两者特殊的性能，拓宽了CNF和石墨烯的应用领域。超临界CO2与有机溶剂有着很好的相容性、高的扩散速率、低粘度和抗溶剂等特性，使其应用在材料和纳米复合材料的制备。主要研究结果如下:　　
(1)超临界二氧化碳辅助制备聚苯胺/氧化石墨烯纳米复合材料及其电化学性能的研究　　
在超临界CO2的辅助下，通过原位聚合制备了PANI/GO纳米复合材料。通过TEM和SEM可以发现PANI以纳米粒子的形式均匀的包覆在GO片层的表面，通过光谱分析了PANI的化学结构和PANI与GO之间的相互作用，并且探讨了形成机理。PANI/GO纳米复合材料的形态可以通过苯胺的浓度来控制。GO/PANI纳米复合材料与纯的PANI相比有优异的比电容和好的循环稳定性，这是由于GO与PANI纳米粒子的协同作用贡献的。这也使得PANI/GO纳米复合材料在电化学器件中有着潜在的应用。　　
(2)可控的PANI/CNF杂化薄膜的制备:多种不同的形态及其相应的电化学性能　　
通过苯胺的原位聚合制备了PANI/CNF杂化薄膜。PANI/CNF杂化薄膜的多种不同形态和微结构可以通过不同的苯胺的浓度和不同的质子酸来制备，并且对机理进行了解释。SEM、TEM、FT-IR、Raman和UV-vis光谱对PANI/CNF杂化薄膜的形态和结构进行了表征。通过使用HCl、H2SO4和HClO4分别制备了均匀包覆的、扭曲缠绕的和有序针状的PANI/CNF杂化薄膜，并分别命名为PANI/CNF-f1、PANI/CNF-f2和PANI/CNF-f3。证明了形态对电化学性能起着重要的作用。在不同形态的复合材料中，PANI/CNF-f3与PANI/CNF-f2和PANI/CNF-f1相比有着更高的比电容和循环稳定性。考虑到其独特的微观结构，这项工作证明微观形态决定了宏观性质。并且这项研究提供了一种简单的方法制备PANI/CNF杂化薄膜，并应用在超级电容器的电极中。　　
(3)超临界CO2辅助聚合物的荧光团固定在PDVB纳米管上用于功能化薄膜　　
在超临界CO2辅助下，AIE活性的PACT聚合物以纳米粒子的形式均匀的的包覆在PDVB纳米管上。可以观察到PDVB纳米管被赋予蓝色的荧光。复合材料的形态和荧光性能通过TEM和荧光光谱来表征。一系列的实验表明PACT/PDVB纳米复合材料的荧光强度与SCCO2的压力和实验温度有关。PACT/PDVB纳米复合材料薄膜被证明可以用于有机溶剂和有机溶剂蒸气的荧光“开/关”，是一种方便和理想的探针来检测环境中和水中的有机污染。