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石墨烯是具有单原子厚度的二维碳原子晶体,也是一种独特的天然二维高分子.柔性石墨烯片层可以通过三维组装形成多孔的块体材料,从而将单个微观石墨烯的特性有效的发挥到宏观材料层面,推进石墨烯的实际应用.与此同时,随着人类社会对绿色可持续性能源的不断需求,基于石墨烯开发高效的电化学能源存储与转换材料成为当前研究的重要课题.受石墨烯这一天然二维高分子结构的启发,科学家们希望从原子或分子层面进一步理性设计合成新型二维高分子,获得新的骨架联接并具有优异可加工性能的新型二维材料并探索其在能源等领域的应用,这一研究领域充满巨大挑战.本专论将系统介绍我们设计合成了一系列新型电化学活性材料并与三维石墨烯有效复合制备成三维石墨烯复合物,以及灵巧合成了几种新型骨架联接的二维高分子材料,并重点实现这两个相辅相成方向在电化学能源存储和转化方面的应用探索,为解决电化学能源需求问题提供崭新的突破口. ...
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利用过硫酸铵引发的自由基聚合反应,在GO表面生长温敏高分子聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM),得到具有温敏智能表面的复合材料GO-PNIPAM。以其为载体负载钌(Ru)纳米颗粒,制备催化剂Ru/GO-PNIPAM,并采用XRD,TEM,FT-IR,TG,OEA,ICP-AES和XPS等手段对GO-PNIPAM和Ru/GO-PNIPAM进行表征。Ru/GO-PNIPAM在柠檬醛选择性加氢反应中显示出高催化性能。80℃下,以Ru/GO-PNIPAM为催化剂的反应速率常数k达0.24 h^-1,超过Ru/GO的2倍(0.10 h^-1)。当接近完全反应时,Ru/GO-PNIPAM对不饱和醇(包括香叶醇和橙花醇)的选择性为23%,高于Ru/GO(8%)。经计算,以Ru/GO为催化剂,柠檬醛加氢反应的活化能为33 kJ/mol。与之相比,Ru/GO-PNIPAM为催化剂的反应活化能明显降低(26 kJ/mol)。Ru/GO-PNIPAM上Ru的高分散性及对底物的优良吸附性能共同促进其催化性能的提高。 ...
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高分子分离膜的渗透性与选择性之间存在此长彼消的Trade-off效应,且其抗污染性能、化学稳定性能也亟待提升。有机-无机杂化膜综合了有机高分子材料和无机材料的优点。近年来,纳米材料的快速发展对传统高分子膜材料具有重要的推动作用,尤其是基于二维石墨烯纳米材料开发的新型复合分离膜成为备受关注的研究热点。然而,石墨烯化学稳定性高,其表面呈惰性状态,与其他介质的相互作用较弱,且石墨烯片层之间存在较强的范德华力,易聚集而难溶于水及膜溶剂,严重阻碍了其在高分子分离膜材料中的应用。氧化石墨烯(GO)在石墨烯的表面和边缘引入了大量的含氧极性基团,有助于摆脱片层间强大的π-π堆积相互作用力,因此,GO在水及膜溶剂中具有良好的分散性能;同时,大量的含氧基团也为设计与制备改性石墨烯提供了丰富的反应位点;此外,GO还具有可规模化制备、成本较低的优点,使得GO在高分子分离膜材料中的应用备受青睐。针对聚偏氟乙烯、聚砜与聚醚砜等常用膜材料疏水性强、易污染的缺点,将它们分别与GO、改性GO或复合纳米材料等共混,通过浸没沉淀相转化法制备混合基质膜,可以有效改善混合基质膜的亲水性、膜孔结构、膜表面粗糙度、荷电性能等,从而提升混合基质膜的渗透性能与抗污染性能,甚至赋予其抑菌等新功能。在聚酰胺复合膜的超薄分离层或多孔支撑层中引入适量的GO或改性GO,通过增强超薄分离层的亲水性能、荷电性能以及优化超薄分离层的结构,从而提升纳米复合膜的选择渗透性能、抗污染性能以及耐氯性能。此外,利用GO的静电、氢键、范德华力、π-π等非共价键相互作用力,或者利用GO活性位点与交联剂反应实现共价键连接,可以通过层层组装法制备水平取向、高效堆叠的高通量GO层状膜。本文归纳了基于物理共混、界面 ...
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