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石墨烯衍生物的制备及其在光电池上的应用

石墨烯衍生物的制备及其在光电池上的应用

作者：王艳芳北京化工大学

学位级别：硕士

化石能源是人类生产生活中使用最为广泛的能源形式,但是它的大规模使用带来了严重的环境问题,同时由于它的不可再生性,也使人类陷入了严峻的能源危机中。太阳能是一种可再生的清洁能源,对它进行合理的利用是人类解决目前的环境和能源危... 详细信息

化石能源是人类生产生活中使用最为广泛的能源形式,但是它的大规模使用带来了严重的环境问题,同时由于它的不可再生性,也使人类陷入了严峻的能源危机中。太阳能是一种可再生的清洁能源,对它进行合理的利用是人类解决目前的环境和能源危机的有效途径。染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cells, DSSCs)是一种新型的太阳能电池,它具有低成本、高效率、无污染等优势,因此引起了人们的普遍关注。金属Pt具有导电性能好、催化活性高的优点,被用作DSSCs的对电极(Counter Electrode,CE)材料。但是Pt是一种稀有金属,储量有限,因此价格昂贵,阻碍了DSSCs的大规模使用。另一方面,Pt在电解质中的稳定性不好,这会影响DSSCs的使用寿命。基于以上的问题,本文旨在研究高效、廉价、稳定的材料替代Pt作为CE材料,主要包括以下内容：(1)使用高温原位法合成了二硫化钼/还原氧化石墨烯(MoS/RGO)复合材料。实验中,MoS生长在RGO的基平面上,暴露出众多具有催化活性的边界,同时,由于MoS的生长,RGO片层之间的堆叠和团聚现象得到了抑制,它的大比表面积也能使MoS与电解液的接触面积增大。因此,在该复合材料中,MoS主要提供了大的催化活性,而RGO则作为导电网络增强了材料的导电性。循环伏安测试和电化学阻抗谱分析均表明该材料对I3-还原反应的催化活性与Pt接近,光电测试结果表明,以该材料作为CE的DSSC得到了6.70%的光电转换效率,达到了相同条件下Pt电极的效率的98%(6.86%)。(2)使用一步水热合成法,在导电玻璃表面生长一层CoS/NiS/RGO(CoS:硫化钴,NiS：硫化镍)复合材料,并将它作为CE。该方法避免了复合材料到导电玻璃的二次转移,简化了制备过程,同时也使材料与导电基底之间的附着力大大增加。该材料中,CoS、NiS主要是催化活性的来源,而RGO则是材料优良导电性的保证。循环伏安测试和电化学阻抗测试结果表明,该材料具有能与Pt媲美的催化活性。将它组装成DSSC后,得到光电转换效率为6.73%,相当于相同条件下Pt对电极电池效率的96%(6.99%)。(3)另外,本研究将MoS/RGO复合材料作为电磁波吸收材料并测试了它的吸波性能。结果表明,在复合材料填充比为10 wt%、厚度为1.9mmm和2.0 mm时,它的有效吸波频带宽为5.72 GHz。当它的厚度为2.3 mm时,在频率为11.68 GHz处达到了最低的反射损耗：-50.9 dB。因此认为它是电磁波吸收材料领域的一种新型材料,值得进一步研究其工程应用的可能性。

关键词：染料敏化太阳能电池对电极还原氧化石墨烯石墨烯衍生物电磁波吸收材料

石墨烯衍生物对碳纤维表面及其环氧复合材料界面性能的影响

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石墨烯衍生物对碳纤维表面及其环氧复合材料界面性能的影响

作者：杨欣陕西科技大学

学位级别：硕士

碳纤维树脂基复合材料因质量轻、比强度比模量高等特点,被广泛应用在人造卫星、军事、通信、体育器件等领域。由于碳纤维表面的乱层石墨结构导致纤维与树脂基体之间界面粘结性弱,不利于碳纤维复合材料优异性能的综合发挥。因此,从优化... 详细信息

碳纤维树脂基复合材料因质量轻、比强度比模量高等特点,被广泛应用在人造卫星、军事、通信、体育器件等领域。由于碳纤维表面的乱层石墨结构导致纤维与树脂基体之间界面粘结性弱,不利于碳纤维复合材料优异性能的综合发挥。因此,从优化设计纤维与基体间的界面出发,对碳纤维表面进行改性,进而改善其复合材料的界面性能。石墨烯衍生物有着与石墨烯相似的特点,其中比表面积、强度韧性、化学稳定性等特点皆优于石墨烯,石墨烯衍生物对扩大石墨烯的应用范围以及材料性能的提高具有重要意义。在本文中,分别采用化学接枝法,浸渍法以及逐层自组装（LBL）浸渍法将多孔氧化石墨烯（prGO）,功能化氧化石墨烯以及聚醚胺（PEA）/氧化石墨烯（GO）杂化层沉积到纤维表面来实现纤维复合材料界面性能的提高。具体的研究内容和重要结论如下:（1）采用化学接枝法分别将GO和prGO接枝到经聚乙烯亚胺（PEI）修饰的碳纤维表面,成功制备出PEI和GO修饰的碳纤维（CF-PEI-GO）以及PEI和prGO修饰的碳纤维（CF-PEI-prGO）,对比研究GO和prGO接枝到纤维表面后其复合材料的界面性能。结果表明:将prGO接枝到纤维的表面后,其复合材料的界面剪切强度（IFSS）为110.4 MPa,与原始CF相比提高了 78.64%。说明prGO的存在能够提高纤维的表面能以及润湿性,在界面处形成协同的杂化网络,包括共价键和氢键之间的协同作用以及PEI分子间的缠结作用,使得碳纤维和树脂之间的粘结性较强,导致纤维与树脂之间发生脱黏、开裂则需要消耗更多的能量,从而产生较高的IFSS。（2）在第一部分研究的基础上,采用浸渍法将功能化氧化石墨烯沉积在碳纤维的表面,通过对DA含量的调控,来研究DA和GO的含量比对于纤维复合材料界面性能的影响。结果表明:当DA与GO的质量比为0.5:1时,其纤维复合材料的界面性能最高。其主要原因为:GO纳米片和聚多巴胺（PDA）间存在共价键、氢键以及π-π键,这三种键之间的相互协同作用;以及PDG表面含有羟基和氨基等活性官能团,提高纤维的表面能和润湿性,促进了 PDG与树脂基体之间化学键的形成,进而对碳纤维复合材料IFSS的提高有促进的作用。（3）受珍珠层“砖和砂浆”结构的启发,采用LBL浸渍法将多层聚醚胺（PEA）/GO杂化膜交替沉积到碳纤维的表面,来提高碳纤维复合材料的强度和韧性,并研究层数对复合材料IFSS的影响。与未处理的纤维复合材料相比,在纤维表面沉积9层PEA/GO杂化膜时其复合材料IFSS和韧性分别提高了 67.7%和129.0%。界面结合力提高的主要原因是:共价键、氢键和π-π键之间的相互作用而产生的协同效应、均匀的GO层引起的裂纹偏转以及纤维表面能和润湿性的提高。改性碳纤维的增韧机制主要是界面微裂纹、PEA的粘塑性能量耗散和GO纳米片的滑移。因此,在碳纤维表面逐层自组装PEA/GO杂化膜可以获得高强度高韧性的复合材料。

关键词：碳纤维界面剪切强度石墨烯衍生物表面改性环氧复合材料

石墨烯、石墨烯衍生物及其复合材料在组织工程中的应用进展

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上海交通大学学报（医学版） 2017年第1期37卷 110-113页

作者：曹忆梦吴氢凯苏州大学医学部研究生管理办公室苏州215123 上海交通大学附属第六人民医院妇产科上海200233

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型平面多环芳香烃原子晶体。基于石墨烯的纳米材料具有卓越的理化性质,近年来在医疗应用领域的研究成为热点,可用在药物载体、基因传递、生物检测、肿瘤治疗、抗菌和组织工程等方面。该文... 详细信息

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型平面多环芳香烃原子晶体。基于石墨烯的纳米材料具有卓越的理化性质,近年来在医疗应用领域的研究成为热点,可用在药物载体、基因传递、生物检测、肿瘤治疗、抗菌和组织工程等方面。该文综述了石墨烯材料的性能、制备方法和众多衍生物的特性,介绍了石墨烯类材料在组织工程方面的研究进展,包括在创伤愈合、干细胞工程、肌肉骨骼工程方向的应用,展望了石墨烯在组织工程领域未来的发展。

关键词：石墨烯石墨烯衍生物石墨烯复合材料氧化石墨烯组织工程

石墨烯衍生物对滨海水泥土力学性能的增强效应及加固机理

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石墨烯衍生物对滨海水泥土力学性能的增强效应及加固机理

作者：吕蓓凤绍兴文理学院

学位级别：硕士

沿海地区基础工程及岩土工程建设对社会经济的发展具有重要的影响作用。近年来,大量工程建设项目的开展导致土地资源不断匮乏,因此滨海软土的加固应用开始得到广泛关注。但滨海软土自身性能的缺陷导致其应用受到了极大的局限性,软土加... 详细信息

沿海地区基础工程及岩土工程建设对社会经济的发展具有重要的影响作用。近年来,大量工程建设项目的开展导致土地资源不断匮乏,因此滨海软土的加固应用开始得到广泛关注。但滨海软土自身性能的缺陷导致其应用受到了极大的局限性,软土加固技术也成为了当前的研究热点。水泥作为基础的胶凝材料已被广泛应用于实际工程,但水泥土高脆性和多裂缝等缺点使其面临重大的挑战。石墨烯衍生物作为新型纳米材料开始突破性的应用在水泥基材料中,并展现出良好的性能优势。本研究将大尺寸氧化石墨烯(简称“LG”)、小尺寸氧化石墨烯(简称“SG”)和增强型氧化石墨烯(简称“EG”)三种石墨烯衍生物掺入至滨海水泥土(简称“CS”)中,得到三种石墨烯衍生物加固滨海水泥土试样(简称“LGCS”、“SGCS”和“EGCS”)。通过无侧限抗压强度试验、三轴剪切试验、干湿循环试验和一系列微观测试,探究石墨烯衍生物对滨海水泥土力学性能的增强效应及加固机理。本研究的主要成果如下:(1)掺入石墨烯衍生物可以提高滨海水泥土的无侧限抗压强度特性。在相同养护龄期下,LGCS、SGCS和EGCS试样的抗压强度、破坏应变和弹性模量均随着LG、SG和EG掺量的增加呈现逐渐增加的趋势,且均在掺量为0.05%时达到最大值。同时LG、SG和EG对LGCS、SGCS和EGCS试样的残余强度和脆性指数也具有一定的改善效果。并且EG对滨海水泥土的无侧限抗压强度特性提升效果最好,SG次之,LG的提升效果最差。(2)掺入石墨烯衍生物可以提高滨海水泥土的三轴剪切强度特性。LG、SG和EG可以有效提高滨海水泥土的抗剪强度和残余偏应力。在相同围压和龄期下,LGCS、SGCS和EGCS试样的抗剪强度和残余偏应力均随着LG、SG和EG掺量的增加而不断增大,且两者均在LG、SG和EG掺量为0.05%时达到最大值。同时LG、SG和EG还可以增大滨海水泥土的内摩擦角和粘聚力。并且EG对滨海水泥土的三轴剪切强度特性的提升效果最好,SG次之,LG的提升效果最差。(3)掺入石墨烯衍生物可以提高滨海水泥土的抗干湿循环性能。随着干湿循环次数的增加,CS、LGCS、SGCS和EGCS试样的质量增加和孔隙率均呈现先减小后增大的变化规律,轴向与径向尺寸增加均呈现先减小后增大再趋于稳定的变化规律,而无侧限抗压强度均呈现先增大后减小的变化规律。随着LG、SG和EG掺量的增加,LGCS、SGCS和EGCS试样的质量、轴向与径向尺寸增加均呈现逐渐减小的趋势,无侧限抗压强度则呈现逐渐增大的趋势。并且EG能够最有效提高滨海水泥土的抗干湿循环性能,SG次之,LG的提升效果最差。(4)石墨烯衍生物对滨海水泥土试样的物相组成与含量、取向指数、元素成分与含量和微观结构会产生重要影响,但对分子结构与基团的影响相对较小。石墨烯衍生物并不会对水泥的水化产物种类和元素成分产生影响,但可以有效降低滨海水泥土试样的取向指数和Ca/Si,同时提高Si重量比。石墨烯衍生物在一定程度上可以明显减少滨海水泥土的孔隙数量,缩小孔隙尺寸,还可以诱导水泥水化产物的形态,促使产生片层状、花状、膜状以及多面体晶体。石墨烯衍生物还会对水泥水化产物产生强相互界面力、成核效应和模板调节等作用,使滨海水泥土最终形成更稳定、更致密和更均匀的微观结构。并且三种石墨烯衍生物中EG对水泥水化作用的促进效果最好,其次为SG,LG的促进效果最差。

关键词：滨海水泥土石墨烯衍生物力学性能加固机理

纤维素基石墨烯衍生物复合导电薄膜的研究进展

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数字印刷 2021年第3期 75-84页

作者：陈袁刘汉东李庆芝周奕华钱俊曹晟武汉大学印刷与包装系武汉430079 武汉东湖学院农业电子商务湖北省协同创新中心武汉430212

当前,电子产品更新换代周期越来越短,因此,高性能、可降解、低成本的新材料应用在电子领域具有重要意义,能大大缓解生态环境的压力。纤维素是一种广泛存在于自然界的可降解、低成本的天然有机高分子材料,纳米尺寸的纤维素具有较小的弯... 详细信息

当前,电子产品更新换代周期越来越短,因此,高性能、可降解、低成本的新材料应用在电子领域具有重要意义,能大大缓解生态环境的压力。纤维素是一种广泛存在于自然界的可降解、低成本的天然有机高分子材料,纳米尺寸的纤维素具有较小的弯曲半径、较轻的质量和较高的机械强度。石墨烯及其衍生物具有低密度、高机械性能、高电子迁移率、高热导率等优点,可广泛应用于高性能复合材料中。因此,纤维素和石墨烯及其衍生物形成的绿色可降解复合薄膜在传统电子领域拥有着广阔的发展空间。本文简述了纳米纤维素、石墨烯及其衍生物的特性和制备方法,分析了纤维素基石墨烯衍生物复合导电薄膜的应用基础,综述了其目前的制备方法与研究进展,并进行了应用展望。

关键词：纤维素石墨烯衍生物导电薄膜复合材料

氯化血红素功能化的石墨烯衍生物对蛋白质酪氨酸硝化的影响及其机理研究

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氯化血红素功能化的石墨烯衍生物对蛋白质酪氨酸硝化的影响及其机...

作者：徐焕华中科技大学

学位级别：硕士

蛋白质酪氨酸硝化是蛋白质的翻译后修饰,它与诸多疾病的发生和发展有关。氯化血红素能够在过氧化氢和亚硝酸盐存在的条件下催化蛋白质酪氨酸硝化,文献报道了氯化血红素-石墨烯复合物具有很高的催化活性。在此,我们围绕该复合物对蛋白质... 详细信息

蛋白质酪氨酸硝化是蛋白质的翻译后修饰,它与诸多疾病的发生和发展有关。氯化血红素能够在过氧化氢和亚硝酸盐存在的条件下催化蛋白质酪氨酸硝化,文献报道了氯化血红素-石墨烯复合物具有很高的催化活性。在此,我们围绕该复合物对蛋白质酪氨酸硝化的影响来展开研究,并通过探究其机理来阐明该复合物的潜在应用。在本文中,首先,我们采用湿法化学的方法合成了一系列氯化血红素–石墨烯衍生物复合物。然后,我们采用傅里叶变换红外光谱、动态光散射和原子力显微镜等技术手段对复合物进行表征,证实了氯化血红素成功地负载在石墨烯衍生物上。其次,我们对复合物的过氧化物酶活性进行了测定并探究了复合物对蛋白质酪氨酸硝化的影响。结果表明,与游离的氯化血红素相比,氯化血红素与石墨烯复合后,其过氧化物酶活性显著升高了,同时,复合物却显著抑制了蛋白质酪氨酸硝化。此外,我们进一步研究了复合物对酪氨酸氧化和双酪氨酸生成的影响。结果显示,复合物促进了酪氨酸的氧化却抑制了双酪氨酸的形成。前者与类过氧化物酶活性的结果是一致的,但是后者与蛋白质酪氨酸硝化的结果一致。随后,我们运用Griess反应和高效液相色谱的方法对体系中亚硝酸盐和硝酸盐的含量进行了测定。结果表明,复合物促进了亚硝酸盐的氧化,并且,随着复合物中石墨烯衍生物含量的增加,硝酸盐的含也逐渐缓慢增加。最后,我们指出,复合物促进了酪氨酸和亚硝酸盐的氧化并生成酪氨酰自由基和二氧化氮自由基。但是,一方面,石墨烯夹层具有阻碍自由基–自由基耦合反应的作用,另一方面,复合物能将二氧化氮自由基进一步氧化为硝酸盐,于是,蛋白质酪氨酸硝化被显著抑制了。复合物这种促进单纯的氧化反应却抑制自由基-自由基耦合反应的特性,表明其在选择性氧化领域对于副产物的清除具有良好的潜在应用前景。

关键词：氯化血红素石墨烯衍生物过氧化物酶活性自由基蛋白质酪氨酸硝化

α-MnO2@石墨烯衍生物纳米复合材料制备及氧还原性能研究

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α-MnO2@石墨烯衍生物纳米复合材料制备及氧还原性能研究

作者：张英莉燕山大学

学位级别：硕士

二氧化锰因其来源丰富,形态多样,价格低廉,循环稳定性高,环境友好,含有较多活化中心等优点成为催化氧还原反应(ORR)的首选材料。石墨烯衍生物改性的α-MnO是一类非常有吸引力的复合材料,可以在多种环境条件下催化电化学反应。本课题以... 详细信息

二氧化锰因其来源丰富,形态多样,价格低廉,循环稳定性高,环境友好,含有较多活化中心等优点成为催化氧还原反应(ORR)的首选材料。石墨烯衍生物改性的α-MnO是一类非常有吸引力的复合材料,可以在多种环境条件下催化电化学反应。本课题以天然鳞片石墨为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨,通过超声剥离得到氧化石墨烯(GO)。通过调控水热反应温度制备不同形貌α-MnO与α-MnO@石墨烯衍生物纳米复合材料。利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼(Raman)光谱、比表面积(BET)、孔径分布(BJH)和扫描电子显微镜(SEM)等测试方法对产物进行物相和形貌表征。应用紫外可见分光光度计(UV-Vis)表征GO水热反应前后的变化。采用旋转圆盘-环盘电极技术测试α-MnO与α-MnO@石墨烯衍生物纳米复合材料催化氧还原反应活性的电化学性能。选取孔雀石绿和龙胆紫两种染料用于分析α-MnO和α-MnO@石墨烯衍生物复合材料在催化HO分解降解染料过程的催化性能。本课题主要研究结论如下:GO在水热反应温度为100℃时依旧保持其本性,当温度为140℃和180℃时GO被还原为还原氧化石墨(rGO);当固定MnSO·HO和KMnO物质的量比为1:1时,水热法在三种温度下制备的MnO均为α-MnO纳米晶相;水热温度100℃合成的α-MnO@石墨烯衍生物(100-4-G)催化ORR时电子转移数为2,而其他五种材料(100-4、140-4、180-4、140-4-G、180-4-G)催化ORR时电子转移数为4。六种材料对于催化HO分解降解染料两种染料脱色率高达100%,100℃合成的α-MnO@石墨烯衍生物对两种染料降解效果最好;对于催化HO分解降解染料的效果,α-MnO@石墨烯衍生物均比α-MnO要好。此外,六种α-MnO催化剂再次用于催化HO分解降解染料的反应中,其催化效果与第一次使用时相比基本没有降低,说明α-MnO催化剂的催化稳定性较高。由于α-MnO和GO、rGO的协同作用,100℃合成的α-MnO@石墨烯衍生物表现出较好的催化活性,可作为潜在的ORR催化剂。

关键词：水热合成 α-MnO2 石墨烯衍生物纳米复合材料氧还原反应电催化剂

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石墨烯衍生物在肿瘤诊治方面的应用

湖北科技学院学报（医学版） 2017年第2期31卷 182-184页

作者：周亮舒婷湖北科技学院药学院湖北咸宁437100

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的二维新材料,它的氧化衍生物氧化石墨烯具有大的比表面积,优异的光、热、电性能,并含有大量的含氧活性基团,从而可通过多种方式进行功能化修饰改变其性能。生物化学功能化后的石墨烯衍生物在生... 详细信息

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的二维新材料,它的氧化衍生物氧化石墨烯具有大的比表面积,优异的光、热、电性能,并含有大量的含氧活性基团,从而可通过多种方式进行功能化修饰改变其性能。生物化学功能化后的石墨烯衍生物在生物医学领域表现出很多应用潜能。本文概述了石墨烯衍生物材料在肿瘤诊断、抗癌药物装载、肿瘤治疗方面的应用,介绍了石墨烯及其衍生物在人体内的生物相容性,最后对其应用前景进行了展望。

关键词：石墨烯衍生物氧化石墨烯肿瘤诊断肿瘤治疗药物装载

石墨烯衍生物在口服给药和口腔生物学的研究进展

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口腔医学 2017年第10期37卷 954-956页

作者：周瑞静廖敏陈昭西毛茜潆聂敏武汉大学口腔医院牙体牙髓科一科湖北武汉430079

石墨烯及其衍生物是目前各领域研究最热门的碳材料之一。这种碳材料虽然研究的历史很短,但由于其非凡的物理化学性能以及生物相容性,已成为生物医学应用的潜力材料。本文概述了石墨烯的性质和制备,重点介绍了石墨烯衍生物在口腔生物学... 详细信息

石墨烯及其衍生物是目前各领域研究最热门的碳材料之一。这种碳材料虽然研究的历史很短,但由于其非凡的物理化学性能以及生物相容性,已成为生物医学应用的潜力材料。本文概述了石墨烯的性质和制备,重点介绍了石墨烯衍生物在口腔生物学方面的最新进展。

关键词：石墨烯衍生物生物检测光热治疗抑菌药物传递系统