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石墨烯的功能化2018-02-27

结构完整的石墨烯是由不含任何活性键的苯环组合而成的二维晶体,其化学稳定性高,表面呈惰性状态,与其它介质的相互作用较弱,这对石墨烯的研究与应用造成了较大的困难。因此必须对其进行功能化,通过引入特定的官能团,改善其性能,拓宽其应用领域。目前对石墨烯的功能化,主要包括共价键功能化和非共价键功能化两种方法。

(1)石墨烯的共价键功能化
在化学法合成石墨烯的过程中,由于氧化石墨烯的边沿和缺陷部位含有大量羧基、羟基、环氧键等活性基团,具有较高的反应活性,可以通过进行多种化学反应实现共价键功能化。

科学家制备得到PVA功能化的石墨烯,具体方法是利用羧基与聚乙烯醇(PVA)分子上的羟基间的酯化反应,将PVA共价键合到石墨烯表面。此石墨烯可以较好地、稳定的分散到水相和极性有机溶剂中。利用端基为-NH2的离子液体对石墨烯进行功能化,离子液体所带正电荷之间的静电斥力可使石墨烯稳定地分散到水中以及DMF、DMSO等有机溶剂中。

(2)石墨烯的非共价键功能化
非共价键功能化是利用π-π相互作用、离子键以及氢键等非共价键作用,使修饰分子对石墨烯进行表面功能化,从而形成稳定的分散体系。

非共价键的许多方法都是从CNT处获得的,科学家将聚苯乙烯磺酸钠(PSS)附着在氧化石墨烯表面后对其化学还原,得到了PSS修饰的石墨烯。PSS与石墨烯之间较强的非共价键的作用,阻止了石墨烯片的团聚,使得该复合物在液相中的分散性较好。

芘及其衍生物能与石墨烯形成强的π-π相互作用,从而对石墨烯表面达到修饰的目的,利用芘丁酸作为修饰剂,成功制备了芘丁酸一石墨烯复合物,该复合物能稳定地分散在水相体系中,此复合材料的膜的电导率可达200 S/m。

 

石墨烯

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