氧化石墨和聚吡咯-氧化石墨納米復合材料的制備、表征及應用研究.pdf

1、導電聚合物/層狀無機物納米復合材料中導電聚合物和層狀無機物片層的納米復合，賦予了復合材料優異的力學、熱學、電學和電化學性能。因此，導電聚合物/層狀無機物納米復合材料已成為新型功能材料的主要研究方向之一。 本文主要探討了目前研究較多的層狀無機物——氧化石墨的制備工藝，系統地考察了石墨用量、硝酸鈉用量、低溫反應時間、高錳酸鉀用量以及高溫反應過程中的加水方式對氧化石墨結構和性能的影響，確立了制備具有較高氧化程度的氧化石墨的工藝方法和工

2、藝條件。在制備出氧化程度較高的氧化石墨的基礎上，以氧化石墨作為插層主體，聚吡咯作為插層客體，采用原位聚合法制備了聚吡咯/氧化石墨納米復合材料。系統地考察了添加劑種類、氧化石墨懸浮液的質量分數、十二烷基苯磺酸鈉與吡咯的摩爾比(DBSNa：py)、氧化劑FeCl3與吡咯的摩爾比(FeCl3：py)和反應溫度等工藝因素對聚吡咯/氧化石墨納米復合材料結構和性能等的影響。初步探討了聚吡咯/氧化石墨納米復合材料用作DNA生物傳感器電極時的電化學特性

3、。 研究結果表明，采用Hummers法以天然鱗片石墨為原料制備氧化石墨時，XRD分析和電阻率測量結果可表征產物的氧化程度。氧化程度足夠高的產物其XRD譜在2θ為10°附近出現尖銳的氧化石墨(001)面的特征衍射峰，電阻率達102Ωm的數量級。高錳酸鉀用量是影響產物氧化程度的主要因素，而硝酸鈉用量對產物氧化程度的影響很小。高錳酸鉀用量越大，石墨用量越少，低溫氧化時間越長，產物的氧化程度越高，電阻率越大。采用連續加水的方式，將高溫反

4、應的溫度控制在100℃左右才可得到穩定的氧化石墨。制備較高氧化程度的氧化石墨的原料配比及工藝條件為：天然鱗片石墨10g，高錳酸鉀30g，濃硫酸230ml，低溫反應時間2h，高溫反應時需采取連續加水的方式將反應液的溫度控制在100℃以內。 研究結果表明，采用原位聚合法制備聚吡咯/氧化石墨納米復合材料時，添加劑對產物的結構和性能有較大的影響，以DBSNa為添加劑可得到具有良好層狀有序結構的聚吡咯/氧化石墨插層納米復合材料，而未加添加

5、劑或以NaOH為添加劑時，產物為剝離型聚吡咯/氧化石墨納米復合材料。插層型聚吡咯/氧化石墨納米復合材料的電導率高于剝離型聚吡咯/氧化石墨納米復合材料，熱學性能和電化學性能也優于剝離型聚吡咯/氧化石墨納米復合材料。 氧化石墨懸浮液的質量分數、DBSNa與py的摩爾比、FeCl3與py的摩爾比和反應溫度是影響PPY/GO-DBSNa納米復合材料結構和性能的主要因素。在氧化石墨懸浮液的質量分數為1％，DBSNa：py=4：3(摩爾比)

6、，FeCl3：py=2.4：1(摩爾比)，反應溫度為0℃的工藝條件下，可制備出具有層狀有序結構的插層型PPY/GO-DBSNa納米復合材料，其電導率可達0.5S/cm。隨著GO質量分數的增大，PPY/GO-DBSNa中PPY分子鏈的規整性提高，導電率增大，當GO的質量分數超過1％時，PPY/GO-DBSNa納米復合材料的層狀有序性降低，電導率減小。隨著反應溫度的升高和DBSNa：py摩爾比的減少，PPY/GO-DBSNa納米復合材料逐漸

7、由插層型變為剝離型，電導率也逐漸降低。當FeCl3：py=2.4時，PPY/GO-DBSNa納米復合材料的電導率最大。FeCl3：py＜2.4時，PPY/GO-DBSNa納米復合材料的電導率隨FeCl3：py的增加而增大，FeCl3主要起摻雜劑的作用。FeCl3：py＞2.4時，反應體系中FeCl3的含量過高，會造成PPY的過度氧化，降低PPY/GO-DBSNa納米復合材料的電導率。 研究結果表明，聚吡咯/氧化石墨插層納米復合材

8、料修飾炭糊電極具有良好的電化學活性和電化學穩定性，對小牛胸腺單鏈DNA和雙鏈DNA有不同的電化學響應，能用于鑒別單鏈DNA和雙鏈DNA。固定有小牛胸腺單鏈DNA的聚吡咯/氧化石墨復合材料修飾炭糊電極在-0.48V處可監測到互補DNA的雜交信號，在pH=7.2，吸附時間為30分鐘時，雜交響應電流最大。峰電流隨小牛胸腺ssDNA濃度的增大而增大，在5.7×10-9g/ml～6.79×10-6g/ml的濃度范圍內呈線性關系。聚吡咯/氧化石墨修