卟啉和氧化石墨烯之间相互作用的研究(2)
1.2.3 卟啉和石墨烯体系的构建 4
1.2.4 卟啉和石墨烯体系的应用 5
2 实验与操作 7
2.1 仪器与试剂 7
2.1.1 仪器 7
2.1.2 试剂 7
2.2 实验操作 8
2.2.1 试剂的准备 8
2.2.2 构建聚苯乙烯微球/氧化石墨烯/卟啉体系 8
3 结果与讨论 9
3.1 反应现象 9
3.2 现象的讨论 9
4 结论 16
致谢 18
参考文献 19
1. 前言
石墨烯是当今炙手可热的碳材料。石墨烯由于其独特的二文结构，表现出显著的电子传导性和机械性能。理论上，其它的碳同素异形体可以由石墨烯合成。
氧化石墨烯往往通过共价键修饰一些分子使其某方面性能进行一定程度的改善，但是这种合成方法相对比较复杂，通过一些共轭体系等对氧化石墨烯进行非共价建组装，往往合成方法比较简单，同时也保存了各自本身优异的性能。具有共轭结构的大分子卟啉对石墨烯进行功能化不仅能够解决石墨烯的聚集问题，同时还能够拥有石墨烯本身不具有的功能，有利于石墨烯的进一步应用。
1.1 石墨烯与卟啉的研究概况
1.1.1 石墨烯的介绍
2004 年，英国科学家发现了由碳原子以 sp2杂化连接的单原子层构成的新型二文原子晶体-石墨烯[1]，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯吹冰元环，是目前最理想的二文纳米材料。单层石墨烯之所以至今才被人们发现，是因为表征手段的限制，目前表征石墨烯的有效手段主要有：原子力显微镜、光学显微镜、Raman光谱[2]。
仅具有单原子厚度的石墨烯是碳原子通过sp2杂化形成的二文结构。这种特殊结构使得石墨烯表现出许多优异性质。例如，石墨烯的强度是已测试材料中最高的[3]，其载流子迁移率达15000 cm2V−1s−1[4]，是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的两倍；它的热导率是金刚石的3倍[5]；还具有室温量子霍尔效应[6]及室温铁磁性[7]等特殊性质。单纯的石墨烯由于本身不易溶于水，为了提高其加工性，我们需要对石墨烯进行一定处理，即石墨烯的功能化。这样不仅能够保持石墨烯本身的性能，还能够获得功能化基团所引入的性能，扩大石墨烯的应用。石墨烯的功能化是解决石墨烯分散性能差，容易重新堆积问题的重要方法。
石墨烯的共价键功能化是一种非常有效的功能化方法。我们可以利用石墨烯边沿以及缺陷部位，对石墨烯进行氧化处理获得石墨烯氧化物。氧化石墨烯表面大量的含氧基团作为反应位点，可以对氧化石墨烯进行共价键功能化。除了共价键功能化外，石墨烯和其他物质通过静电相互作用、π-π相互作用或者氢键等非共价作用力结合在一起称为非共价键功能化，这种方法对于石墨烯的结构影响比较小，可以方便调节石墨烯的分散性和电子性能。
氧化石墨烯在有机介质和水介质中非常容易重聚合和再叠加。氧化石墨烯在非溶剂[8]和冷冻干燥[9]过程中容易快速沉淀[10]。如果氧化石墨烯重聚合或再叠加，这会使实验操作的结果仅仅是一个简单随意的混合，将聚合物溶液变为聚合物胶体。氧化石墨烯的不均一分布可能是因为石墨烯在复合材料中将胶质的纳米复合材料中的粒子中的有效覆盖[11]。
为了使氧化石墨烯在高分子聚合物的基底上更容易被控制，提高介质中分散物质的同质化，将氧化石墨烯包裹在高分子聚合物外层前就必须对氧化石墨烯进行处理。在文献中报道了防止氧化石墨烯不均一的方法[12, 13]。可以利用氧化石墨烯和高分子聚合物之间的疏水作用制备尺寸均一的石墨烯[14]。