大面积石墨烯超薄膜的制备与应用研究

This project aims to design and prepare large-area graphene ultrathin film. The functionalization reagents will be synthesized for the asymmetry modification of grapheme oxide sheets on single or double faces by previous or new as well as high efficient technologies in different solvents and on different interfaces(such as gas-liquid and liquid -liquid interfaces), which endow graphene with hydrophilic, lipophilic or asymmetric amphiphiles. The large-area ultra thin graphene films will be fabricated using Langmuir-Blodgett (LB) technique and solution blowing process by means of electrostatic attraction and coordination between modified graphene and metal ions. The film can be transferred onto solid substrates. The morphologies, properties and the formation mechanism of large-area graphene ultrathin film on the different interfaces will be studied. The influence of the concentration of metal ions, the properties and viscosity of the carrier solution on the quality of films will be investigated. The multilayer composite films with specific function and application prospect will be designed and fabricated based on the large-area ultra monolayer,which can be applied in transparent conductors, sensors, energy storage and so on.

本项目拟以设计和制备大面积石墨烯超薄功能膜为主要研究目标，从石墨烯超薄片层制备入手，选择已有的和探索新的、高效的石墨烯功能化修饰的技术方法，合成不同的功能化试剂，采取在不同的溶剂体系中、不同界面(如气-液，液-液)上对石墨烯片层进行单面或双面不对称的功能化修饰，赋予石墨烯亲水、亲油及不对称的双亲功能。在此基础上，采用L-B、溶液吹泡技术，并借助于金属离子与石墨烯片层间的近静电引力和配位作用，将石墨烯片层连接成大片并转移到特定修饰的基片上，制备大面积超薄石墨烯功能膜。测试石墨烯薄膜的结构和性能，分析石墨烯片层在界面上和溶液泡膜中自组装成大片的机制，研究金属离子的浓度、载体溶液性质、粘度对薄膜质量的影响。以此规整的大面积石墨烯功能膜为基础膜层，设计、制备特定功能和应用的多层复合功能膜，将在透明导体、传感器、能源存储等方面具有潜在应用。

石墨烯是目前发现最薄的二维材料，石墨烯薄膜具有独特的物理、化学特性，以导电性强、良好生物相容性和在光电化学领域广泛的应用吸引了众多国内外科学家的关注，是当今化学和材料的研究热点。本项目围绕石墨烯功能薄膜、石墨烯纳米复合材料的制备、结构和性能及其应用开展系列的探索研究。制备了新颖多孔的石墨烯/壳聚糖-羟基磷灰石纳米复合薄膜，研究了其结构和性能，探讨了其在骨组织工程的多功能应用，得到了一些有意义的启示和应用结果；开展了氮掺杂分层的多孔碳（N-HPC）/还原氧化石墨烯（RGO）的氧还原催化性能研究，电化学测量结果表明，N-HPC/RGO-1在碱性和酸性介质中不仅表现了较正的起始电位和高的极限电流，而且也展现了优异的抗甲醇毒性和长期的稳定性。我们成功地制备了氧化铜/还原氧化石墨烯复合材料，探讨了氧化铜/还原氧化石墨烯纳米复合材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能，结果表明氧化铜/还原氧化石墨烯纳米复合材料有望作为一种先进的锂离子电池负极材料。制备了还原氧化石墨烯@介孔二氧化硅-阿霉素/羟基磷灰石构成的无机纳米复合材料，研究了其作为pH-光双响应的协同化疗/光热治疗作用的性能和作用机理，探索了其可能的应用；我们还制备了多孔花状RGO/聚苯胺（PANI）/Cu2O纳米复合物，探讨了其吸波性能和应用。上述研究表明石墨烯复合薄膜、复合材料具有较好的光电性能和潜在的药物应用。 .围绕多功能石墨烯复合凝胶的制备及其应用开展了一些探索：研究了还原氧化石墨烯/金纳米棒/5氟尿嘧啶复合物的构建及其多步释放行为和有效的协同抗肿瘤治疗研究；成功制备了新颖的三维多孔网状RGO/PANI/Cu2O复合凝胶，探讨了三者的在光催化过程中的协同作用；还进行了高性能的锂离子电池正极材料的制备及性能研究和纳米复合材料的制备及其在氧还原、电化学催化、光催化方面的应用研究，也得到了一些较好的启示和有参考价值的结果。