《石墨烯的功能化及在含能材料中的套用研究》是依託南京理工大學，由汪信擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：石墨烯的功能化及在含能材料中的套用研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：汪信
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
含能材料“納米化”是提高其性能的有效途徑之一。石墨烯具有許多優異的性能，本項目將石墨烯功能化後套用到含能體系中，研究功能化石墨烯對含能體系性能的影響。石墨烯的功能化可分為兩種：無機修飾和有機修飾。通過氧化石墨烯表面的活性官能團將不同性能的分子鏈段或無機納米粒子修飾到石墨烯上，得到不同功能化的石墨烯。利用石墨烯優異的性能可改善含能材料體系的性能，如石墨烯優異的電學性能能夠降低含能體系的靜電感度，石墨烯良好的導熱性對含能體系的熱感度有一定影響，單層石墨烯良好的潤滑性有利於降低含能體系的機械感度，功能化石墨烯的微觀結構可能會影響含能體系能量釋放速率。研究功能化石墨烯對含能體系感度選擇性和能量釋放速率的影響，探討其作用機理（鈍感機理和敏化機理），對於設計此類含能材料具有重要的指導意義。
結題摘要
單組份催化劑由於自身缺陷，往往難以滿足性能要求。由於各組分之間的協同效應，多組分功能納米複合材料具有比單一組分更優異的性能。石墨烯因其優異的物理化學性質和獨特的納米尺寸效應而被認為是一種十分有前景的支撐材料，可以用來構建先進的複合催化劑。本項目設計、製備了無機修飾和有機修飾的功能化石墨烯複合材料。具體研究內容如下： 1. 採用原位聚合的方法設計、製備了共價鍵鍵合的氮化碳-石墨烯複合材料。首先氧化石墨烯與二氰二胺通過親核取代反應形成二氰二胺共價鍵修飾氧化石墨烯，之後通過原位聚合的方法合成共價鍵鍵合的氮化碳-石墨烯複合材料。 2. 控制合成低缺陷石墨烯負載鉑及鈀催化劑。利用硝酸鉑水解所產生的硝酸對石墨烯進行輕微地氧化。由於水解產生的硝酸其濃度遠遠小於傳統酸處理過程中的酸濃度，因此在石墨烯表面僅會形成少量的結構缺陷，從而顯著提高其導電性。由於合成條件更為溫和，負載於低缺陷石墨烯表面的鉑粒子相比於化學還原石墨烯表面的鉑粒子分散性更高。更為重要的是，幾乎完好的石墨烯結構可以顯著降低複合材料的電荷轉移電阻並提高鉑顆粒的催化活性。 3. 二氧化錳改性的石墨烯負載鉑及鈀催化劑的控制合成及性能.石墨烯骨架中的碳原子可以與MnO4-離子發生直接的氧化還原反應，生成二氧化錳-石墨烯複合物。研究表明，以二氧化錳-石墨烯作為載體材料可以促進金屬鉑和金屬鈀顆粒的沉積，防止發生團聚現象。 4. 通過兩步法製備出鐵酸鈷-石墨烯-聚苯胺和鐵酸錳-石墨烯-聚苯胺三元複合納米材料：首先通過水熱反應將鐵氧體納米粒子負載到石墨烯表面，接著通過原位氧化聚合反應進行聚苯胺的包覆。 5. 將製備的具有納米結構的部分材料作為添加劑加入到炸藥奧克托金（HMX）中，考察了對其熱穩定和機械感度等性能的影響。結果表明有機改性石墨烯的加入有利於提高 HMX 的熱穩定性，石墨烯/CoFe2O4添加劑能明顯抑制 HMX 的熱效應。當 HMX 樣品中加入少量有機改性的氧化石墨烯後，其撞擊感度、特性落高和摩擦感度均未降低，但石墨烯可降低 HMX 反應的活化能，促進其爆轟反應進程和反應深度，從而表現出更高的爆轟能力。 項目共發表 SCI 論文14 篇，申請專利 3 項.
