超临界二氧化碳辅助在碳纳米管和氧化石墨烯上构筑形态可控的聚合物超分子结构

在纳米尺度制备具有有序结构或规整图案的纳米复合材料是纳米技术中的一个重要的挑战，因为修饰过的纳米复合材料常常具有一定的特殊形态来赋予材料特殊的性能。我们的工作旨在探索在碳纳米管和氧化石墨烯上构筑超分子结构，从而得到具有形态各异的纳米杂化结构的材料，并比较一维碳材料和二维碳材料为基质，碳纳米管和氧化石墨烯对聚合物超分子结构生成的不同影响，以及聚合物晶体生长或超分子结构构筑时，具有不同分子结构的高分子链自身以及它与二者特定的相互作用，探索新型聚合物/碳纳米管体系、新型聚合物/石墨烯体系在材料制备中的实际应用，拓宽超临界流体技术、聚合物超分子结构以及碳纳米管或石墨烯改性三个独立体系的交叉研究，促进相关学科的发展。此研究是涉及材料合成化学、高分子物理化学、超临界流体科学相互交叉渗透的课题，因此开展该课题的研究不但将促进相关学科的发展，而且将拓宽超临界流体在材料制备领域的应用范围。

具有好的可控形态和尺寸的纳米复合材料在催化，医药，传感器等领域具有重要的应用前景。纳米复合材料不仅同时兼有单一组分的性能，而且各组分之间具有协同效应。CNT、CNF和石墨烯具有优异的导电性能，力学性能，大的比表面积使其在超级电容器、复合材料、催化、电化学传感器等领域有着广泛的应用，同时CNT 、CNF和石墨烯与无机纳米材料和有机高分子的纳米复合材料不仅解决了单一组分的功能单一性，同时赋予了两者特殊的性能，拓宽了CNF和石墨烯的应用领域。超临界CO2与有机溶剂有着很好的相容性、高的扩散速率、低粘度和抗溶剂等特性，将其应用在材料和纳米复合材料的制备具有重要的现实意义。主要研究结果如下：.一、超临界二氧化碳辅助制备聚苯胺/氧化石墨烯纳米复合材料.在超临界CO2的辅助下，通过原位聚合制备了PANI/GO纳米复合材料。通过TEM和SEM可以发现PANI以纳米粒子的形式均匀的包覆在GO片层的表面，通过光谱分析了PANI的化学结构和PANI与GO之间的相互作用，并且探讨了其形成机理。PANI/GO纳米复合材料的微观形态可以通过苯胺的浓度来控制。GO/PANI纳米复合材料与纯的PANI相比有优异的比电容和好的循环稳定性，使得PANI/GO纳米复合材料在电化学器件中有着潜在的应用前景。.二、可控制备PANI/CNF多级结构形态的杂化薄膜及其应用研究.通过苯胺的原位聚合制备了PANI/CNF杂化薄膜。PANI/CNF杂化薄膜的多种不同形态和微结构可以通过不同的苯胺的浓度和不同的质子酸来制备，并且对机理进行了解释。SEM、TEM、FT-IR、 Raman 和 UV-vis光谱对PANI/CNF杂化薄膜的形态和结构进行了表征。通过使用HCl、H2SO4和HClO4分别制备了均匀包覆的、扭曲缠绕的和有序针状的PANI/CNF杂化薄膜，并分别命名为PANI/CNF-f1、PANI/CNF-f2和PANI/CNF-f3。证明了形态对电化学性能起着重要的作用。在不同形态的复合材料中，PANI/CNF-f3与PANI/CNF-f2和PANI/CNF-f1相比有着更高的比电容和循环稳定性。考虑到其独特的微观结构，这项工作证明微观形态决定了宏观性质。并且这项研究提供了一种简单的方法制备PANI/CNF杂化薄膜，并应用在超级电容器的电极中。.三、超临界CO2辅助聚合物的荧光官能团修饰PDVB纳