Прогресс в получении и применении функционального графена

Графен представляет собой сотовую монослойную углеродную структуру, состоящую из атомов углерода, которые образуют плоские ковалентные связи с гибридизацией SP2. Это также основная структурная единица многих наноуглеродных структур, таких как фуллерены и углеродные нанотрубки. Поскольку он был успешно подготовлен Геймом и соавт. в 2004 году графен стал звездным материалом в последние годы с чрезвычайно высокой механической прочностью, подвижностью носителей и проводимостью, теплопроводностью, светопроницаемостью и химической стабильностью. Получил большое внимание академических и промышленных кругов.

Однако, в отличие от этих беспрецедентных свойств, графеновые материалы, которые фактически используются в производстве и в быту, требуют множества свойств. Например, графен представляет собой материал с теоретической площадью поверхности до 2630 м2 / г и имеет большой потенциал применения в химии поверхности, адсорбции и других областях. Однако поверхность собственного графена представляет собой плоскую структуру с большой π-связью, которая обладает значительной степенью химической инерции и гидрофобности, и ее легко складывать и агрегировать, что не способствует характеристикам графена.

Чтобы решить вышеуказанные проблемы и удовлетворить потребности приложения, ученые добавили другие компоненты и структуры на основе графена, чтобы сформировать новый класс новых материалов, которые функционируют как графен. Они сохраняют большинство основных свойств графена, но при этом обладают разными свойствами. Новые свойства собственного графена. Благодаря внедрению различных методов модификации функциональный графен постепенно может быть разумно сконструирован для реальных нужд, и его прикладные возможности постепенно развиваются. В последние годы его исследования стремительно развиваются!

В этой статье рассматриваются последние достижения функционального графена. Сначала в соответствии с химической структурой описывается метод получения ковалентного связывания и нековалентного связывания. Во-вторых, по конкретным областям применения обобщены последние результаты исследований функционального графена за последние годы.

1, метод подготовки

Функциональный графен является производным графена. В последнее десятилетие или около того метод получения графена непрерывно развивался, постепенно формируя тонкие пленки графена, представленные химическим осаждением из паровой фазы, и графеновые порошки, представленные окислительно-восстановительным потенциалом, как показано на рис. 1, 2. Первый характеризуется тем, что графен имеет более высокую кристаллическое качество, меньшее содержание функциональных групп и электронные свойства собственных полупроводников. Последний характеризуется поверхностью графена, содержащей определенные кислородсодержащие функциональные группы и рыхлой структурой., Он способствует работе с большей удельной площадью поверхности и может производиться серийно. Соответственно, получение функционализированного графена также основано на использовании собственного графена и оксида графена в качестве сырья.

1.1 Ковалентная функциональность графена

Поверхность собственного графена полностью состоит из атомов углерода SP2. Это очень стабильная структура, которая при нормальных условиях придает графену сильную химическую инерцию. В то же время эта структура позволяет легко складывать и агрегировать между графеном, а природа гидрофобности также затрудняет диспергирование графена в растворителях, таких как вода, что снижает работоспособность графена в приложениях.

Ковалентность графена предназначена для разрушения этой стабильной структуры, так что поверхностная активность графена легко диспергируется в растворителях, а также способствует его роли в таких приложениях, как адсорбция и разрушение плоских структур с π-связями. Проводимость и теплопроводность ковалентно функционального графена обычно значительно ниже, чем у собственного графена.

1.1.1 Функциональное использование малых органических молекул

Хотя собственный графен химически инертен, его π-связь может также претерпевать определенные типы химических изменений в сильных химических условиях. Подобно углеродной наночастице Guandeng, углеродная структура SP2 графена может напрямую реагировать со свободнорадикальными реагентами, такими как соли диазония. Путем выбора соответствующей матрицы реакции можно получить функциональные группы, необходимые для модификации поверхности различных типов графена., Как показано на рисунке 3. Кроме того, собственный графен может также подвергаться циклоприсоединению с диеновым телом, открывая углеродную связь SP2 для производят функциональный продукт. Таким образом, сложная кольцевая система, содержащая гетероатомы, такие как азот, может быть легко введена в графен, чтобы позволить ему играть роль в различных областях применения. Это согласуется с его карбоном Guandeng.

Xu et al. реагировал с ацетиленоном в качестве восстановителя и оксидом графена, используя активные атомы углерода в ацетилацетоне. В одностадийной реакции и восстановление, и функционализация были достигнуты одновременно, и был получен функциональный графен с высококоординированными ацетилацетоновыми звеньями на поверхности. Этот графен не только может быть диспергирован в различных растворителях, таких как вода, но также обладает сильной адсорбционной способностью по отношению к плазме CO2 + и Cd2 +.

1.1.2 Прививка ковалентной связи полимеров

Помимо органических небольших молекул, многие полимеры или их предшественники также могут быть прикреплены к поверхности графена аналогичным образом. Fang et al. соединил арильную группу с реакцией соли диазония на поверхности графена, а затем провел свободнорадикальную полимеризацию, в которой свободные радикалы, образованные солью диазония, непосредственно использовались в качестве инициатора реакции, в результате чего графен соединялся с поверхностью графена. полистирол. Полимерное соединение эффективно разделяет графеновый лист и предотвращает агрегацию. В то же время за счет действия графена полимер образует хорошо организованную мембрану.

Точно так же полимеризацию многих предшественников полимеров можно проводить в суспензии оксида графена, и оксид графена, естественно, играет роль в сшивании полимеров, а не только свойства самого графена. Play, Общие характеристики полимерных комплексов также были улучшены в разной степени.

В дополнение к самополимеризации полимеры могут также использовать активные функциональные группы на концах их цепей для соединения с поверхностью оксида графена, что компенсирует некоторые недостатки полимеризации на месте, такие как способность прививать различные полимеры на поверхности CA Moene., включая полимеры, которые не могут полимеризоваться на поверхности графена. Yu et al. соединяют молекулы P3HT с гидроксильными группами на GO с помощью химической реакции и повышают электрические свойства графена через эти проводящие разветвленные цепи.

Одна из важнейших особенностей взаимосвязей графена и полимера заключается в том, что графен и полимеры легко сшиваются друг с другом, образуя сетчатую структуру. Кроме того, графен требует лишь небольшого количества массы из-за его относительно богатых групп поверхностно-активных веществ. фракция, может существенно изменить удерживание полимера. Многие полимерные комплексы графена проявляют гелеобразное состояние в растворе, а для комплексов, которые могут образовывать твердые частицы, они часто сопровождаются значительными изменениями физических свойств. Например, в системе графенового поливинилового спирта только 1 иттрий оксида графена может значительно повысить механические свойства полиэтилена, прочность на разрыв и модуль упругости увеличиваются на 88 иттрия и 150 иттрия соответственно, а благодаря его ковалентной связи связи, Скорость удлинения трещины также имеет некоторое увеличение.

1.2 Нековалентная модификация графена

При практическом применении функционализированного графена обычно требуется улучшить дисперсию графена, избежать чрезмерной агрегации и сохранить присущую графену проводимость и теплопроводность, в то время как модификация ковалентной связи дает графен. Разрушение автомобильного узла. Трудно полностью удовлетворить эти два требования, поэтому метод модификации нековалентной связи получил широкое внимание.

1.2.1 Модификация нагрузки наночастиц

Графен, как материал с большой удельной поверхностью, можно легко комбинировать с различными частицами, которые, как было доказано, обладают превосходными свойствами за счет поверхностной адсорбции. Типичные частицы здесь включают наночастицы металлов или оксидов, таких как Ag и Fe3O4, которые обычно напрямую связаны с функциональными группами на поверхности оксида графена или нековалентно связаны с поверхностью собственного графена через класс стабилизаторов. Как показано на рисунке 6, после нагрева эти наночастицы все еще прочно связаны с поверхностью графена.

Помимо ковалентной связи гидроксила и графена, поливиниловый спирт также является типичным примером водородной связи и оксида графена. Добавление соответствующего количества поливинилового спирта может соединить таблетки оксида графена с образованием сложных сетей. Структура, образует гель в водном растворе.

Страница содержит содержимое машинного перевода.