论文部分内容阅读
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维纳米材料。这种特殊的结构使其具有许多优异的性能,例如石墨烯的理论比表面积达2630 m2 g-1,导热系数高达5300 W/(m· K),其电子迁移率为20000 cm2·V-1· S-1,而电阻率却只有约10-6Ω·cm,是世上电阻率最小的材料,杨氏模量高达1.0 TPa,引起了实验和理论科学界的极大关注。石墨在强氧化剂的作用下可以得到氧化石墨烯,由于引入大量的含氧基团,使其更易于修饰和功能化,再通过进一步还原反应又可得到还原氧化石墨烯(reduced graphene oxide-RGO)。还原氧化石墨烯在集成电路、聚合物复合材料、电极材料等方法面都有较广泛的用途。作为一种新兴的碳材料,还原氧化石墨烯以其特殊的二维结构表现出卓越的催化性能,在催化领域也逐渐受到重视,例如金属氢氧化物沉积的GO表面作为金属纳米颗粒的前体,催化一氧化碳的氧化反应。利用其还原前后亲水性的变化,提出利用还原氧化石墨烯的疏水性和介孔二氧化硅的亲水性制备了一种两亲性杂化材料。基于上述背景和研究思路,将具有亲水性质的氧化石墨烯,经过化学还原得到具有疏水性的还原氧化石墨烯(RGO),再和亲水的介孔二氧化硅(SBA-15)结合,得到一种还原氧化石墨烯负载SBA-15的两亲性杂化材料。这种材料不仅可以用作乳化剂,还可以用做催化剂,在多种类型的两相催化反应中均可以应用。 第一章中概述了石墨烯及其氧化石墨烯的发现、制备过程、基本性质、改性方法以及应用。重点介绍了石墨烯及其氧化石墨烯的应用,尤其作为催化剂载体在两相反应中的应用。 第二章中以氧化石墨烯和有机硅为原料,通过水热合成—化学还原—高温煅烧的方法一锅法得到一种新型的两亲性的杂化材料——RGO/SBA-15,XPS表明还原氧化石墨烯和介孔材料并没有形成新的化学键而是通过分子间作用力相结合,因此负载了RGO的SBA-15仍较好地保持了介孑孔材料的基本性质,这一点也通过小角XRD,TEM,比表面测定等手段进行了验证。最后还探讨了RGO/SBA-15的乳化性能,证明这种材料可以通过控制加入氧化石墨烯的含量从而改变其亲水性和疏水性这为其用于两相催化反应的研究奠定了基础。 第三章初步探索RGO/SBA-15在两相反应中的应用。将其分别用在氯化苄水解,甲苯的氯甲基化,以及将金属钯负载至RGO/S BA-15上还原木质素模型化合物——香草醛,通过与不加乳化剂的实验进行对比发现该两亲性杂化材料有较好的催化效果。 第四章较详细地探讨了RGO/SBA-15在催化硝基还原苯制备苯胺的反应。以硫化钠为还原剂,考察了油水比、RGO负载量、催化剂用量、反应时间等条件对硝基苯还原的影响。实验表明,硝基苯在RGO/SBA-15的催化下,还原产物苯胺的产率可达85%,选择性为100%。 第五章补充了硕士期间的工作,即高纯度二甲基二烯丙基氯化铵的制备。以二甲胺和烯丙基氯为原料,采用分批加入烯丙基氯的投料方式,通过气相色谱和pH酸度计监控,对比该合成方法与传统一步法的效果,并以聚合产物聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)的特征粘度衡量DMDAAC的聚合性能。结果表明,该合成方法所得DMDAAC中各杂质的含量均下降了60%~70%,PDMDAAC特征粘度稳定在1.6 dL·g-1~2.2 dL·g-1,DMDAAC聚合性能较好。 综上所述,本文主要以氧化石墨烯和介孔二氧化硅为原料在水热条件下制备了一种两亲性杂化材料,并将它作为催化剂和乳化剂,用在多种两相反应中,本文的研究为拓展石墨烯的用途提供了一种新的研究思路。