全氟辛胺修饰石墨烯复合材料的制备、表征及其疏水性能.pdf

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1、第29卷第3期应用化学V01．29Iss．32012年3月CHINESEJ0URNALOFAPPLIEDCHEMISTRYMar．2012s!；)55研究论文全氟辛胺修饰石墨烯复合材料的制备、表征及其疏水性能李远耀孔妮林晶晶段世鹏陈伟田思瑶王贤保(湖北大学材料科学与工程学院武汉430062)摘要通过化学法改性石墨烯，用全氟辛胺(FOA)的胺基与氧化石墨烯(GO)的羧基或烷氧基反应制备了含氟石墨烯复合材料(FOA．RGO)，用傅里叶红外光谱、热失重分析、拉曼光谱、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)以及原子力显

2、微镜(AFM)对复合材料的结构与形貌进行了表征。结果表明，FOA已经成功地修饰到石墨烯的边缘。与未修饰的石墨烯相比，水滴在FOA—RGO表面上的接触角从68。提高至118。，显示出良好的疏水性能。关键词石墨烯，全氟辛胺，化学修饰，疏水性中图分类号：O613．7文献标识码：A文章编号：1000-0518(2012)03-0251-05D0I：10．3724／SP．J．1095．2012．00193石墨烯是由碳原子紧密堆积成的、具有蜂窝状晶格结构的一种单层二维碳材料，其晶体薄膜的厚度只有0．335nm，是构建碳

3、材料的基本单元_l。石墨烯有许多优异的物理化学性质，其强度达130GPa_3；载流子迁移率通常有1．5×10am／(V·s)J，在特定条件下甚至可高达2．5×10am／(V·s)J，是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的2倍，比商用硅片迁移率高1O倍；石墨烯的热导率可达5×10W／(m·K)，是金刚石的3倍；石墨烯还具有室温量子霍尔效应(Halleffect)及室温铁磁性等特殊性质。这些性能使石墨烯在纳米电子器件、碳晶体管、计算机芯片材料、贮氢材料和电容器等方面有着巨大的应用潜力。但是，石墨烯在大多数溶剂

4、中的不溶解和低分散性，极大地制约了其优异性能的发挥和应用。因此，通过化学反应在其表面引入功能基团，在保留石墨烯特性的基础上改善其分散性和表面性质，以实现其巨大的应用价值，已成为新的研究热点。浸润性是固体表面的重要性质之一，影响固体表面浸润性的2个重要因素是化学组成和几何结构_9。本文通过改变石墨烯表面的化学成分，在其表面引入含氟的功能基团，大大改善了石墨烯表面的疏水性能。石墨烯的化学修饰已有大量研究探索J，然而含氟功能基团的修饰却鲜有报道¨，本文为含氟石墨烯复合材料的制备提供了一种新方法和思路。1实验部分1

5、．1试剂和仪器氧化石墨烯按文献[17]方法制备；全氟辛胺，98％(江苏昆山博科化学有限公司)；DMF、二氯甲烷、三乙胺、氨水和水合肼等试剂均为分析纯。PE—Spectrumone型傅里叶变换红外光谱仪(美国PerkinElmer公司)，KBr压片法；PerkinElmer热重分析仪(美国PerkinElmer公司)，从室温升至800oC，升温速度为10~C／min，N气气氛保护；LabRAMHR800uV型拉曼光谱仪(HORIBAJobinYvon，法国)，激发波长632．8Elm；TecnaiF20型高分

6、辨透射电子显微镜(美国FEI公司)，操作电压为200kV；NanoseopeIIIa型原子力显微镜(美国DigitalInstruments(DI)公司)，基底为云母片。2011-05—10收稿，2011-07-27修回国家自然科学基金(50772031)资助项目，湖北省自然科学基金重点项目(创新群体)(2009CDA021)，湖北省教育厅重点项目(D201l1002)通讯联系人：王贤保，教授；Tel：027．88662132；Fax：027~8661729；E—mail：wxb@hubu．edu．an；研

7、究方向：碳纳米材料的制备、性能及应用研究应用化学第l29卷1．2FOA-RGO的制备将80mg的氧化石墨烯(GO)加入100mL二甲基甲酰胺(DMF)中，超声使之完全溶解，同时将500mg的全氟辛胺加入到100mL的二氯甲烷和5mL的三乙胺中超声溶解。再将上述2种溶液混合加入圆底烧瓶，油浴加热搅拌下，在9OcI=反应48h，然后用1mL的NH·HO和50mL的水合肼还原，抽滤真空干燥得到产物。其合成路线如Schemel所示。0HH-CH2(CF2)6CF3CH2(CF2)6CF3H-CH2(CF2)6CF3

8、hydrazinehydrateNH3’H2OCH2(CF2)6CF3Scheme1SchemeofsyntheticprocedureofFOA—RGOcomposites2结果与讨论2．1FOA·RGO复合材料的红外光谱图1为氧化石墨烯GO(谱线口)、还原氧化石墨烯RGO(谱线b)与FOA-RGO复合材料(谱线C)的红外光谱图。图1曲线a，在3435cm处为O—H伸缩振动峰，也可能包含有水的吸收峰；1630e