氧化石墨绿色还原技术及其应用研究

• 作 者: 马俊魁
• 机 构: 天津大学
• 出 处: 天津大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 氧化石墨 氨基酸 吸附 催化 药物释放 活泼金属 超级电容器

近些年来，石墨烯因其优异的物理、化学特性，成为当今最热门的研究课题之一。石墨烯广泛用于复合材料、催化剂载体、超级电容器、电池、生物检测器件等领域。但目前石墨烯的制备过程还存在复杂、条件苛刻、生产过程难控制、生产效率低和难以实现工业化等难题，从而使石墨烯的实际应用受到了很大程度的限制。因此简单有效、可控大规模制备石墨烯的方法是解决该难题的关键所在。研究发现，化学还原氧化石墨（GO）法是一种简单高效的制备石墨烯的方法，但还原剂大多存在危险性或者危害健康和环境等弊端，因此研究趋于寻求绿色、高效的还原剂来制备石墨烯。本论文以无毒绿色的天然物——L-赖氨酸（L-Lys）、L-精氨酸（L-Arg）和L-丝氨酸（L-Ser）作为绿色还原剂，采用天然高分子羧甲基淀粉（CMS）、羧甲基纤维素（CMC）和黄糊精（YD）作为分散剂成功制备了均匀分散的水溶性还原石墨（RGO）。利用紫外可见吸收、X射线衍射、X射线光电子能谱、热重分析和Raman光谱等测试手段对材料进行了表征，表明氨基酸能有效还原GO，天然高分子很好的分散了RGO。L-Lys和L-Arg制备的RGO进一步用于制备RGO/CMS、RGO/CMC多孔支架，这种多孔支架表现出良好的机械性能和高效的吸附性能，用于除去水中有害的重金属离子和有机染料污染物。被多孔支架吸附过的铜离子，用硼氢化钠还原，由铜离子转变成了铜纳米粒子。这种负载于多孔支架上的铜纳米粒子在对硝基苯酚还原反应中展现出了高效的催化性能。因此，此方法将有害的物质转化成了有用的催化剂，对环境保护有一定的意义。L-Ser还原、YD分散制备的RGO，应用于模拟药物（磺基水杨酸钠）缓释，制备的RGO对磺基水杨酸钠具有较高的负载量和释放率。实验还研究了活泼金属还原制备RGO，金属粉末Cd简单高效的还原了GO。利用GO还原过程中产生的金属离子（Cd2+），制备复合电极材料（CdO/RGO），并对CdO/RGO电极材料进行电化学循环伏安测试和交流阻抗测试。制备的复合电极材料在超级电容器电极方面展现了优异的电化学性能。