《功能化富勒烯及石墨烯的催化反應性能研究》是依託蘭州大學，由牛芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：功能化富勒烯及石墨烯的催化反應性能研究
- 依託單位：蘭州大學
- 項目負責人：牛芳
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目準備發展一類基於石墨烯和富勒烯材料的非金屬多相催化劑。申請人準備以商品石墨粉和C60富勒烯為起始原料，首先在強酸或強鹼性環境中，將其分別氧化，製備出氧化石墨烯和羥基化富勒烯材料。接著，以氧化石墨烯或者羥基化富勒烯表面的羥基官能團為連線基團，使之與連線有矽甲氧基的有機小分子發生反應，從而製備有機小分子修飾的石墨烯和富勒烯材料。申請人打算將這類用表面羥基或者有機小分子功能化的石墨烯和富勒烯材料用於催化部分重要的有機化學反應。石墨烯和富勒烯分別是由碳原子組成的一種二維和零維的碳納米材料，它們分別具有良好的導電性能和接受電子的能力，這些獨特的電學性質將最終對功能化後所形成材料的催化性能產生影響。由於功能化石墨烯和富勒烯在有機溶劑中溶解性能較差，因而可以很方便的實現催化劑的分離和循環利用。功能化石墨烯和富勒烯材料由於不含金屬，因而不會對環境造成污染，是一種環境友好的催化劑。
結題摘要
近些年來，石墨烯作為一類廉價易得的非金屬碳材料越來越受到科學家的青睞。人們將天然鱗片狀石墨粉經過化學加工改造，製備成了各種化學修飾的功能化石墨烯材料。經過化學改性後，原本的石墨烯片層sp2雜化軌道結構被部分的打亂，這極大地改變了石墨烯片層的化學反應能力和電子結構。和天然的石墨烯相比，功能化後的石墨烯材料表面增加了許多活化官能團結構，這將為其和外界分子發生相互作用提供作用位點。同時，功能化石墨烯材料的電子結構也可通過外界雜原子或官能團的引入而得到調節。這些改變將為石墨烯基材料帶來許多新奇的性能。基於以上想法，本項目主要研究製備了雜原子摻雜的石墨烯基材料，並探討了其在氣體感測和催化領域的套用。首先，我們以天然鱗片狀石墨粉為原料，經過Hummers'方法將石墨粉氧化，先製備出了氧化石墨烯。接著再讓氧化石墨烯與含N、Si原子的1-甲基-3-（3-三甲氧基矽基）丙基咪唑氯反應，將其接枝在氧化石墨烯表面製得複合物，最後在惰性氣氛中高溫熱分解製備出N、Si雙原子摻雜的石墨烯片層。在感測器性能研究中發現，該氮-矽共摻雜石墨烯材料在室溫下即對二氧化氮氣體顯示出優異的感測回響能力。另外，我們還將氧化石墨烯與三苯基膦混合併在惰性氣氛中高溫熱分解，製備出了P原子摻雜的石墨烯材料。該材料對氨氣顯示出了優異的室溫感測回響能力，不僅回響信號大，而且信號穩定。其次，本項目還通過離子熱聚合的辦法製備了1,4-對苯二氰的三聚體CTF框架材料。該類材料含有大量的π-共軛結構，具有良好的導電能力。同時，該材料中大量的三嗪環結構使得它非常類似於g-C3N4材料。基於此，我們嘗試了該材料在光催化降解有機污染物方面的性能，發現無定型的CTF框架材料對亞甲基藍顯示出了優異的可見光催化降解能力。綜上所述，本項目主要以石墨烯、富勒烯等碳材料為基礎，經過簡單的化學修飾調節其結構和性能，並探討其在催化、感測領域的套用潛能。
