改性石墨烯的制备及其应用研究
作为一种典型的二维碳材料，石墨烯在光、电、力学等方面性能优良，在很多领域应用前景较为广阔，但是石墨烯表面相对惰性，与其他介质的兼容性低，容易团聚，不容易分散，这在一定程度上限制了其在实际生活中的应用。目前为解决石墨烯堆叠的问题，应用较多的思路是对其表面进行修饰。本文研究了球磨法制备石墨烯并对石墨烯进行氮、氟原子掺杂修饰，期望对石墨烯在溶剂（水、无水乙醇等）中的分散性进行改善，同时对改性后的石墨烯进行应用尝试。主要研究内容包括： 一、以天然石墨球为原料，利用球磨法机械剥离制备石墨烯，研究了碳酸铵、水合肼为添加剂对石墨烯的剥离及改性效果的影响。结果表明：碳酸铵和水合肼的存在，能够对石墨烯的表面进行氮掺杂，但球磨时间、球磨频率、球料比对石墨烯的剥离效果和氮掺杂的效果均有影响。综合优化后，当球磨频率200rpm，球磨时间为20小时，球料比为100:1时，所得到的改性石墨烯质量最好。此时的石墨烯为薄层结构，石墨烯表面氮含量为5.89%。此产物在水、无水乙醇及氮氮二甲基吡咯烷酮溶剂中均具有良好的分散性和稳定性。将此产物用于锡镍合金镀层，成功制备了Sn-Ni/石墨烯复合镀层。通过对镀层中石墨烯的分布测试发现，石墨烯能够均匀分布在镀层中。石墨烯的加入能细化晶粒，提高镀层的耐蚀性。复合镀层的耐蚀性测试结果表明：石墨烯的浓度为300mg·L-1时，复合镀层的抗腐蚀性最好。 二、以氟化石墨为原料，利用球磨法机械剥离制备石墨烯，研究了添加剂种类（碳酸铵、NMP）对石墨烯结构及性质的影响。结果表明：碳酸铵、NMP的存在，能够制氮氟掺杂的石墨烯。当球磨频率200rpm，球磨时间为20小时，球料比为100:1时，所得到的改性石墨烯质量最好。该石墨烯中氮含量约为10.46%，氟含量约为22.70%。氮氟的存在增强了石墨烯在水、无水乙醇及NMP中的分散性。论文中尝试将氮氟共掺杂石墨烯作为润滑油添加剂。研究结果表明，掺氮氟的石墨烯在润滑油中能够均匀分散，稳定性好。掺氮氟的石墨烯的加入对润滑油的摩擦磨损性能有明显改善，是一种潜在的润滑油添加剂，有望在润滑领域得到应用。
掺杂石墨烯;球磨剥离;复合镀层;润滑油添加剂
上海应用技术大学
硕士
化学工程
万传云;彭红军
2020
中文
TQ127.11
2021-11-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）