石墨烯基复合纳米材料的构筑与性能研究

石墨烯具有优异的电学、机械力学、磁学特性，因而是一类潜在的新颖功能材料。本项目通过化学方法对石墨烯进行修饰，以设计合成系列新型石墨烯片衍生物，利用超分子识别使功能性石墨烯片衍生物分别与磁性金属纳米粒子、半导体纳米粒子和共轭高分子进行有序组装，合成有机-无机、有机-有机纳米杂化体,通过调节石墨烯片衍生物链的结构、长度和组装条件，以控制纳米粒子的尺寸和维数，合成具有特殊结构和特异光电磁催化功能的石墨烯片基纳米复合杂化材料，并对纳米复合材料的光电磁催化性能进行研究，进而探索结构与性能的关系，从而为设计合成出具有实用意义的纳米器件提供理论依据。因此，本项研究不仅具有重要的学术意义而且具有潜在的应用前景，并将对石墨烯科学和新材料研究具有重要意义。

利用基底物质（铜或锌）和金属离子的还原电势差别，以及石墨烯片的优良导电性，发展了无电沉积法分别合成了金属银、金、钯、铂、铜与石墨烯片的复合材料。只需通过控制将负载有石墨烯的铜片或锌片插入相应金属离子溶液中的时间即可调控金属纳米粒子的尺寸和在石墨烯片上的密度。发展了一种绿色、简便的方法合成氧化石墨烯与普鲁士蓝的纳米复合结构，FeCl3, K3[Fe(CN)6] 和氧化石墨烯片混合在一起可自动发生氧化还原反应，该复合结构比多壁碳管与普鲁士蓝的复合结构具有更高的电催化还原过氧化氢的特性。建立简单的两步法合成了磁性金属及合金（Co、Ni、Fe51Co49, Fe48Ni52, Ni49Co51, Co51Cu49, Ni52Cu48）/还原的氧化石墨烯（RGO）复合材料，金属或合金纳米粒子可均匀分布在石墨烯的表面，金属尺寸、负载密度可调控，该复合材料可提高其磁学性能如饱和磁化强度和矫顽力。发现Cu–Ag/RGO复合材料构建的修饰电极对H2O2传感灵敏度高。简单共沉淀方法合成的氧化石墨烯-Ag2CO3复合材料，可在可见光下有效降解有机染料。结果表明随着氧化石墨烯的质量百分数的增大，氧化石墨烯-Ag2CO3复合可见光催化剂的催化活性先增强后减弱，氧化石墨烯最佳的质量百分数为0.90 %。探索通过温和的化学还原法制得碘化亚铜-部分还原氧化石墨烯(RGO-CuI), 并应用于催化吲哚的N-芳基化反应。结果表明RGO-CuI催化吲哚的N-芳基化的效果比RGO和CuI的好，催化性能明显提高，其原因在于RGO和CuI之间的协同效应。氧化石墨烯分别与硫化铋银、硫化锡铜、钒酸铋等形成的纳米复合结构，具有增强光催化降解有机染料之性能。建立了一种合成Ag3PO4纳米粒子与ZnO纳米棒复合结构的简单方法，该复合结构具有比ZnO纳米棒更高的可见光光催化降解有机染料活性，具有比Ag3PO4纳米粒子更好的循环性和稳定性。研究了Ag2CO3亚微米棒与片状石墨化的氮化碳g-C3N4的复合结构中掺杂g-C3N4的质量对可见光光催化降解有机染料活性的影响。建立无电沉积模板法快速合成了硼掺杂的镍纳米管阵列，其管径、磁性能和晶态性可调控，其具有快速优异的催化还原对硝基苯酚的特性。合成了系列磷酸稀土、α-Fe2O3、低维磁性合金微纳结构及新型C60衍生物，研究了其光学、气体传感和磁性能。