SDS表面活性剂在纳米尺度多层石墨烯的吸附自组装分子模拟

采用分子动力学模拟分别研究了纯水和电解质溶液中SDS表面活性剂在纳米尺度石墨烯表面的自组装结构,考察了不同石墨烯层数对自组装吸附形态和SDS/石墨烯复合物悬浮密度的影响。模拟结果揭示了上述两种溶剂介质中,SDS的表面自组装结构形态与石墨烯的结构层数有关,增加石墨烯的层数能够加大吸附表面活性剂向溶液中的伸展程度,使表面活性剂自组装结构膨胀。此外电解质存在能够导致SDS表面活性剂在石墨烯表面吸附形态由多层结构向半圆胶束转化。模拟计算进一步发现SDS/石墨烯超分子复合物的悬浮密度随石墨烯层数的增加呈近似线性增加。     

利用表面改性制备磷酸锰锂/石墨烯锂离子电池复合材料

3-氨丙基三甲氧硅烷（APS）改性的磷酸锰锂纳米片与氧化石墨烯通过静电自组装,经喷雾干燥和高温煅烧,得到磷酸锰锂/石墨烯复合材料。APS修饰后的磷酸锰锂带正电荷,并可通过红外光谱中3-氨丙基和Si-O-C官能团的存在证明磷酸锰锂成功被APS修饰,使得其与带负电荷的氧化石墨烯自组装形成磷酸锰锂/石墨烯复合材料。测试结果表明约25 nm的磷酸锰锂纳米颗粒均匀负载在石墨烯表面,石墨烯片层充当导电网络,提高了材料的电子电导率和锂离子扩散速率,缓解了LiMnPO₄在充放电过程中的体积变化。电性能测试发现,该材料的首次放电比容量为142.2 mA·h·g^-1,50个循环后容量保持率达到90.5%,较未经APS修饰的磷酸锰锂/石墨烯材料有大幅提高。     

利用表面改性制备磷酸锰锂/石墨烯锂离子电池复合材料（英文）

3-氨丙基三甲氧硅烷(APS)改性的磷酸锰锂纳米片与氧化石墨烯通过静电自组装,经喷雾干燥和高温煅烧,得到磷酸锰锂/石墨烯复合材料。APS修饰后的磷酸锰锂带正电荷,并可通过红外光谱中3-氨丙基和SiO C官能团的存在证明磷酸锰锂成功被APS修饰,使得其与带负电荷的氧化石墨烯自组装形成磷酸锰锂/石墨烯复合材料。测试结果表明约25 nm的磷酸锰锂纳米颗粒均匀负载在石墨烯表面,石墨烯片层充当导电网络,提高了材料的电子电导率和锂离子扩散速率,缓解了Li MnPO_4在充放电过程中的体积变化。电性能测试发现,该材料的首次放电比容量为142.2 m A·h·g-1,50个循环后容量保持率达到90.5%,较未经APS修饰的磷酸锰锂/石墨烯材料有大幅提高。     

石墨烯/二氧化锡复合气凝胶材料的制备与表征

氧化石墨烯(GO)和五水四氯化锡(Sn Cl4·5H2O)在水/异丙醇体系中,通过γ射线辐照诱导原位同步还原自组装成三维网状多孔结构的石墨烯/二氧化锡复合气凝胶材料,其形貌和结构经AFM,SEM,TEM,XRD,FT-IR,Ramman,XPS,SAED表征。结果表明:氧化石墨烯被还原成石墨烯时,二氧化锡纳米粒子原位均匀吸附在蜂窝状多孔结构的石墨烯片层上,粒径仅为3 nm左右。因此,γ射线辐照诱导还原制备宏观石墨烯/二氧化锡的方法,是一种有效并且温和环保的方法。     

Ag/rGO纳米粒子的合成及其催化还原对硝基苯酚

采用液相共还原法在没有表面活性剂条件下原位制备Ag/rGO纳米催化材料,并用XRD、EDX、FTIR、Raman、SEM和TEM对所得产物进行了详细表征。结果表明:氧化石墨烯和银离子同时被还原,直径约为5nm的银纳米粒子均匀负载在石墨烯片层上。所制备的Ag/rGO纳米催化剂对硼氢化钠还原对硝基苯酚(4-NP)具有明显的催化活性;当Ag负载量(质量分数)为10%时,该反应在室温下的反应速率常数可达到0.332min-1,表观活化能为34.4kJ·mol-1。该Ag/rGO纳米复合粒子有望成为还原对硝基苯酚的工业催化剂。     

石墨烯/二氧化锰复合材料的制备与电化学性能

通过改性二氧化锰和氧化石墨烯片之间的静电自组装制备了层状的rGO/MnO2复合纳米材料。通过XRD分析材料的晶体结构,用扫描电镜观察材料的微观表面形貌。这种材料用来研究其电化学电容性能,结果表明这种纳米复合材料显示出很好的电容性能(在0.2 A/g的电流密度下可达246 F/g)。此外,在2 A/g的电流密度下循环1000次后容量保持率为91%。材料的性能提升是因为复合材料中二氧化锰纳米棒和石墨烯片层很好的贴合,而石墨烯片的加入也大大提高了材料的导电性。     

碳纳米管表面铜和银纳米粒子的修饰

利用非共价修饰的方法,先在碳纳米管表面包裹上表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和聚丙烯酸钠（PAA）,然后原位修饰上铜和银纳米粒子,制备出MWCNT/CTAB/PAA/M（M：Cu或Ag）纳米复合材料,最后通过XRD、SEM和TEM等技术对其进行表征。结果表明,利用这种简单的层层自组装方法能够在碳管上均匀地修饰金属纳米粒子,并且这两种金属纳米粒子的尺寸都小于5 nm。     

硅基纳米b-SiC量子点列阵的制备

报道了用两步自组装法制备硅基纳米碳化硅量子点列阵. 先将两种硅烷偶联剂均匀有序地偶联到洁净的单晶硅片上，其中一种偶联剂能打破C60上的碳碳双键而使C60通过偶联剂均匀有序地分布在硅片的表面上. 然后用夹心法或覆盖法将样品在900℃的氮气氛中退火20 min，使C60分解成活性碳，与周围的硅原子结合生成碳化硅，碳化硅分子的自组装形成了碳化硅纳米晶粒(量子点)，C60在硅表面的有序排列导致了纳米碳化硅量子点列阵形成.     

氧化石墨烯/类水滑石基复合催化剂的可控制备及其催化性能

针对纳米催化剂在有机染料氧化降解反应中存在的问题,开发高效纳米Fe基催化剂成为当前研究的重点。基于"创新纳米结构调变催化功能"的新策略,利用类水滑石层板金属离子和层间阴离子与氧化石墨烯(GO)表面官能团之间的静电作用,采用水热法制备氧化石墨烯复合类水滑石Fe-LDH@GO纳米催化剂。利用XRD、N_2吸附-脱附和TEM对催化剂的形貌、尺寸、孔道及FeO_x粒子尺寸等物化性质进行表征,发现氧化石墨烯的引入不改变水滑石纳米片结构和形貌,但能够增加催化剂的比表面积,有效锚定FeO_x纳米粒子,使其粒径减小并均匀分散在载体表面,提供更多的有效活性位点。XPS结果表明,催化剂表面存在的Fe^(2+)是芬顿反应的活性中心,氧化石墨烯的引入提高含氧官能团数量,使其在RhB降解反应中表现出优异的催化活性,反应14 min时,RhB转化率100%。     

金纳米颗粒组装体中粒子数目的精确可逆调控研究

通过正硅酸乙酯水解生成二氧化硅,包裹金纳米粒子部分表面,在溶液相中有效制备出非对称金纳米粒子(Janus金纳米粒子)。在Janus金纳米粒子表面修饰偶氮苯和环糊精,借助偶氮苯与环糊精之间的光响应超分子作用,精确可逆诱导Janus金纳米粒子自组装形成低聚体;调整粒子表面二氧化硅覆盖区域与裸露金表面的比例,调节特定数目的金纳米粒子进行自组装,可以精确调控自组装体中金纳米粒子数目。     

自组装席夫碱膜对铜的缓蚀行为

通过分子自组装技术在铜表面制备2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑缩对羟基苯甲醛（简称A）和2-氨基苯并咪唑缩对羟基苯甲醛（简称B）缓蚀膜。采用电化学测试方法研究了两种席夫碱自组装膜在质量分数为3%的NaCl溶液中对铜的缓蚀作用。结果表明,自组装分子膜能有效抑制铜片的腐蚀,对于席夫碱A,当溶液浓度为15 mmol·L^-1,组装时间为6 h时缓蚀效果最佳;对于席夫碱B,当溶液浓度为20 mmol·L^-1,组装时间为12 h时缓蚀效果最佳,A、B的缓蚀效率分别达到98.9%和96.73%。表面分析技术表明,席夫碱化合物在铜表面形成一层保护膜,有效阻挡了腐蚀粒子向金属基底的转移,从而抑制了腐蚀的发生。量化计算和分子动力学模拟分析了A、B两种缓蚀剂分子构型与缓蚀性能的关系以及在铜表面的吸附形态,结果表明,两种缓蚀剂具有很好的缓蚀性能,且缓蚀效果A>B,与实验结果一致。     

对羟基苯甲酸自组装膜对铜的缓蚀作用

利用自组装技术将对羟基苯甲酸在铜表面形成自组装单分子膜,利用电化学阻抗谱和极化曲线研究了自组装膜对铜的缓蚀作用及其吸附行为。结果表明,对羟基苯甲酸分子易在铜表面形成稳定的自组装单分子膜,该膜抑制了铜的阳极氧化过程,改变了电极表面的双电层结构,固/液界面双电层电容明显降低,有良好的缓蚀效果。研究结果还表明,对羟基苯甲酸在铜表面的吸附行为符合Langmuir吸附等温式,吸附机理是典型的物理吸附。     

CS/GO复合分离膜的制备及非对称渗透行为研究

以壳聚糖/氧化石墨烯(CS/GO)为功能层，以PVDF多孔膜为基膜，采用层层自组装技术制备了CS/GO复合分离膜。基于插入到GO片层中交联CS分子的柔韧性，GO片层间距(膜孔)能够随着不同方向的水压而改变，从而使得所制备的复合分离膜具有独特的非对称渗透性能。研究发现，随着组装层数的增加，表面结构更为完善，反向/正向通量比从3.79倍增加到了27.39倍。当组装层数为两层时，膜具有更优异的综合性能。此外，复合分离膜还显示出比基膜更好的截污性、抗污性和亲水性。     

GO/Ag纳米复合颗粒的制备及其抗菌性能的研究

采用了改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),并使用绿色环保的还原剂葡萄糖还原银氨溶液中的银氨离子,在没有分散剂的情况下,制备了氧化石墨烯/银纳米复合颗粒(GO/Ag)材料。各项材料学表征表明,制备的GO/Ag纳米复合颗粒中的银纳米粒子在GO片层中分布均匀,没有出现团聚的现象,粒径几乎均一,为40 nm左右。在以金黄色葡萄球菌为模型的抗菌实验中发现,GO/Ag纳米复合颗粒具有很强的杀菌效果,且对金黄色葡萄球菌的抑制性要明显强于GO。     

SnO_2/石墨烯基锂离子电池负极材料的多级可控制备及其电化学性能研究

分别使用不同种类的表面活性剂对SnO_2在二维石墨烯片表面的生长和所得到的复合片层材料的三维自组装进行多级调控,制备了具有取向大孔结构的SnO_2和石墨烯复合气凝胶材料(SnO_2-CTAB/GM)。SEM和TEM等测试表明了SnO_2-CTAB/GM中取向大孔结构的存在,且SnO_2纳米颗粒以2~3nm的尺寸均匀分布在石墨烯片层表面。电化学测试表明了SnO_2-CTAB/GM复合材料具有高可逆容量和循环稳定性:当电流密度为100mA/g时,首次可逆容量高达1125mAh/g,循环60次后,可逆容量稳定在945.6 mAh/g;当电流密度为100、500、2000 mA/g时,SnO_2-CTAB/GM复合负极材料的放电容量分别为1 180、786.5、566mAh/g,具有优异的的倍率性能。     

水辅混炼挤出聚苯乙烯/氧化石墨烯纳米复合材料的微观结构及流变与热性能

采用自主设计的水辅混炼挤出设备,制备3种氧化石墨烯（GO）含量（0.1 %、0.3 %、0.5 %,质量分数,下同）的聚苯乙烯（PS）/GO纳米复合材料,观察样品的微观结构,测试其流变性能和热性能。结果表明,GO被较好剥离且呈网状较均匀地分散在PS基体中,这主要归因于螺杆混炼流场不断细化PS熔体中的GO悬浮液以及水对熔体的塑化和溶胀效应促进PS分子链插层进入GO片层之间的共同作用;低频区PS/GO样品的储能模量、复数黏度和松弛时间均比纯PS样品的高,这是因为较均匀分散的网状GO片与PS之间形成较强的分子间作用力,降低了PS分子链的活动性;PS/GO样品的热稳定性比纯PS样品的高,这归因于GO片在PS基体中呈网状分布和GO表面存在π键。     

聚苯乙烯纳米粒子模板的组装

利用微乳液法制备了平均粒径约为600nm的聚苯乙烯纳米粒子,聚苯乙烯纳米粒子在溶胶水分子缓慢自然挥发过程中,可自发地在固体基底表面形成单层或多层自组装规则结构,通常每层聚苯乙烯粒子都采用密堆积方式排列,其自组装排列为典型的立方面心密堆积结构.探讨了温度、质量分数对模板粒子排列的影响,利用SEM和TEM检测了模板的形状和粒径.     

表面引发原子转移自由基聚合合成聚苯乙烯接枝纳米SiO2复合乳液

采用偶联剂对纳米SiO2粒子表面进行处理,将原子转移自由基聚合(ATRP)引发剂引入到SiO2粒子表面合成大分子引发剂,通过细乳液聚合工艺制备了相对分子质量分布窄的聚合物基纳米SiO2复合乳液,利用红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)和凝胶色谱(GPC)等对复合乳液粒子及表面接枝聚苯乙烯进行了表征分析。结果表明:聚合物的相对分子质量在反应过程中随单体转化率的增大呈线性增长趋势,相对分子质量分布较窄(Mw/Mn=1.34),接枝在纳米SiO2粒子表面聚苯乙烯的分子大小比较均匀;TEM和SEM观察表明:通过合成复合乳液使纳米SiO2粒子在涂膜中达到均匀的单分散状态;所合成的纳米复合粒子在功能涂层材料方面具有良好的应用潜能。     

纳米银/石墨烯负载涤纶织物的制备及其结构与性能研究

采用浸渍烘干法在经碱减量处理后的涤纶织物表面负载氧化石墨烯(GO),再通过纳米银(Ag)自组装制备具有良好电热性能的纳米Ag/石墨烯负载涤纶织物,研究了GO水分散液浸渍次数、柠檬酸钠溶液浓度及硝酸银溶液浓度对织物电热性能的影响,并对织物的结构、热性能及力学性能进行表征。结果表明：制备纳米Ag/石墨烯负载涤纶织物的较佳工艺条件为GO水分散液浸渍5次、柠檬酸钠溶液浓度0.1 mol/L、硝酸银溶液浓度0.1 mol/L;在纳米Ag/石墨烯负载涤纶织物制备过程中,GO和Ag⁺被还原成石墨烯和纳米Ag,并在织物表面形成致密且完整的高纯度纳米Ag;纳米Ag/石墨烯负载涤纶织物与未处理涤纶织物相比,具有更好的热稳定性,断裂强力相当;在3 V电压条件下通电60 s时,纳米Ag/石墨烯负载涤纶织物表面发热温度达到113℃,具有优异的电热性能。     

硫、氮共掺杂三维石墨烯的全固态超级电容器

石墨烯以其超高导电性和超大比表面的独特优势常被应用于对称超级电容器的电极材料，然而二维石墨烯纳米片层间的范德华力容易导致片层堆叠。并且水溶液作为电解质组装的超级电容器在充电过程中可能发生水分解反应导致充电电压受限从而极大地降低它的能量密度。基于此，本研究采用水热法制备了硫、氮共掺杂的三维石墨烯气凝胶电极材料，研究了石墨烯材料的微观形貌、表面化学性质及水热反应时间对材料电化学性能的影响。结果表明：S,N-rGO-2具有发达的孔结构和高含量的杂原子。在5mV/s的扫描速率下比电容高达358.5F/g，使用固态电解质组装的全固态超级电容器充电电压可以达到1.8V，在1A/g的电流密度下比电容高达118.3F/g，能量密度达到14.9Wh/kg，并且10000次充/放电后的比电容保留率和库仑效率均接近100%。S,N-rGO-2表现出优异的双电层电容性能，可作为有潜力的超级电容器电极材料。