石墨烯基膜材料的功能化改性与制备

• 作 者: 孙恺
• 出 处: 北京化工大学
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 石墨烯 功能化 改性 膜材料

新型碳纳米材料以其优异的物理化学性能己逐步带领人类走进“碳材料时代”,其中石墨烯具有良好的导电导热性能和大的比表面积,使其拥有极大的应用前景与工业化潜力。石墨烯材料的功能化改性成为了当前科学研究的重点方向。本文从石墨烯功能化改性出发,结合膜材料制备的方法,制备了三种石墨烯基膜材料,分别应用于水处理和智能响应等热点领域。具体内容如下:1.通过水热法将三氧化二铁(α-Fe203)晶体原位生长在氧化石墨烯(GO)片层上得到了 α-Fe203@rGO复合片,然后将其通过真空抽滤固定在聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜表面,制备出新型α-Fe203@rGO/PAN纳米纤维复合膜。所制备的复合膜既克服了纳米粒子容易团聚的缺陷,又增加了比表面积,而且作为膜材料,方便回收重复使用。本文通过多种表征方法详细研究了 α-Fe2O3@rGO/PAN纳米纤维复合膜的组成、形态和结构。在275 W的钨灯下进行光催化实验表明,所制备的复合膜对多种有机染料都展现出很高的光降解率,其中对次甲基蓝的光降解效果最好,20 mL的20 mg/L染料溶液光降解2 h降解率可高达98.5%。本文还尝试了复合膜在太阳光下的光降解实验,依然呈现很高的降解率,展现出工业废水处理领域的应用前景。2.通过数控激光直写将GO均质膜一步还原,制备出了 GO/rGO Janus复合膜,并探索了作为湿热驱动执行器等方面的应用。本文对激光直写法制备的GO/rGO Janus复合膜的结构和化学组成进行了表征,并对其热响应和湿响应能力进行实验。系统研究了不同厚度的Janus复合膜的响应性能,发现15μm的Janus复合膜响应速度最快,弯曲角度最大。除此之外,本文利用Janus复合膜独特的响应能力,将其制成不同类型的执行器,均展现出较好的应用前景。3.通过激光直写在GO膜上构造凸起,再通过氢碘酸(HI)进行化学还原,制备出具有3D结构的rGO膜,初步探索了其作为可穿戴压力传感器的应用。利用SEM对所制备的rGO膜的3D结构进行了表征,并且对其压力传感性能进行了测试。此外,利用rGO膜柔性好可弯折的优势,还制备了两种可穿戴的压力传感器。