石墨烯/氨基酸手性复合材料的合成及性能研究

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石墨烯是由sp2杂化的碳原子构成的六角型二维单层片状碳材料。它被誉为全宇宙最薄的材料,具有优异的力学性能、电学性能、磁性能、导热性、生物相容性、微波吸收等特性,其应用范围和开发潜力十分广泛。已经涉及电子器件、电化学、磁性材料、荧光材料、光催化材料、生物医药等方面。但是,石墨烯基手性复合材料的研究至今仍是一块空白。本论文以石墨烯基手性复合材料为出发点,研究了氨基酸通过共价接枝和非共价修饰制备石墨烯基手性复合材料的方法,并对复合材料进行了结构表征和性能研究。主要研究内容如下:1、首先用L-赖氨酸和二价铜离子形成L-赖氨酸铜配合物。再利用L-赖氨酸铜配合物中空间位阻较小的端氨基与氧化石墨上的环氧基发生亲核取代反应,控制性地合成了石墨烯/L-赖氨酸铜层层自组装的复合材料。最后,用乙二胺四乙酸二钠脱去L-赖氨酸铜中的铜离子,将得到石墨烯/L-赖氨酸手性复合材料。这种合成方法也同样适用于L-赖氨酸修饰其他纳米材料。通过扫描电镜、红外分析、XPS分析、XRD分析确定了手性复合材料的形貌及结构。通过热重分析、水溶性测试、接触角测试和旋光度测试确定了手性复合材料的性能。由于在复合材料中保留了L-赖氨酸的手性,我们首次提出了石墨烯基手性复合材料。这种材料在传感器、细胞标记、超级电容器、生物医药以及进一步制备功能复合材料中有潜在的应用价值。而手性和生物相容性是药理作用学和生物医药领域里的核心问题,这代表着石墨烯基复合材料的技术应用又向前迈进了一大步。2、用改性Hummers法制备出单层的氧化石墨,并用水合肼作还原剂得到片层较薄、结构较完整的石墨烯。在此基础上利用L-苯丙氨酸和L-色氨酸研究了非共价修饰石墨烯时,π体系大小及合成方法对复合效果的影响。通过红外分析、紫外分析发现采用分步法制备复合材料时L-苯丙氨酸和L-色氨酸的合成效果都不理想。而采用一步法制备复合材料时,π体系较大L-色氨酸与石墨烯复合的效果更好。在此方法中,L-色氨酸可先进入氧化石墨的片层中,一方面有利于复合,另一方面也可以作为插层剂和稳定剂防止石墨烯发生团聚。从而成功合成了石墨烯/L-色氨酸手性复合材料,并通过水溶性测试、接触角测试和旋光度测试确定了手性复合材料的性能。3、合成了石墨烯/L-色氨酸铜复合材料,通过扫描电镜、红外分析、XPS分析、XRD分析确定了手性复合材料的形貌及结构后,用热重分析测试了复合材料的热稳定性,并利用循环伏安测试表征了电化学性能。
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