石墨烯材料的表面修饰及其功能化设计开题报告

1. 研究目的与意义

背景：近些年来，对于纳米材料的研究相当活跃，纳米材料可以给众多领域带来开创性的技术革新。性能优良的纳米材料则是纳米科学研究和应用的基础，在众多的纳米材料中，新型碳纳米材料的研究和应用是近三十年来的研究重点和前沿，石墨烯（Graphene）的发现则是这一领域的标志性成果。

意义：作为一种新兴碳纳米材料，石墨烯拥有优异的力学，光学，热学和电学性能，正是由于石墨烯的这些优异的性能，它被广泛应用于制备各类功能性的纳米复合材料，在电子学，光学，催化等领域内具有广阔的应用前景。然而，石墨烯的工业化应用还存在诸多困难，规模化制备石墨烯便是主要的挑战之一。本论文主要对石墨烯材料的表面修饰及其功能化展开研究。

2. 课题关键问题和重难点

关键问题：石墨烯在力学、热学、电学、光学等方面的优异性能成为近年来化学、材料科学及物理学领域的研究热点，但是由于石墨烯片层之间存在范德华力，促使分子层之间易发生团聚，不利于石墨烯的分散，导致电阻率升高和片层厚度增加，无法大规模高质量的制备石墨烯，并且在普通溶剂和聚合物基体中的分散性较差,极大地限制了其在很多领域的应用。

难点：想要扩大其应用,就需要获得高质量的单层或较少层数的石墨烯片层,并且这些石墨烯的片层可以稳定在不同的环境中，通过改善石墨烯的表面修饰可以有效规模化的制备石墨烯，特别是通过化学方式修饰氧化石墨烯。

3. 国内外研究现状（文献综述）

1石墨烯的背景介绍

碳这种物质很早就被人类发现了，但是到至今为止，它的新的形态仍不断地被发现，从人类发现了石墨烯的结果中可以得到证明。石墨烯是由碳原子以sp2杂化方式形成的二维原子晶体[1]，是人工制得最薄的物质，是富勒烯,碳纳米管,石墨的基本结构单元。在2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈杰姆和克斯特亚诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法首次制备出石墨烯，它的出现引起了全世界科学家的关注和研究，他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。

2石墨烯的性质及应用

4. 研究方案

首先将1g石墨粉和0.05g氯化钠混合后在研钵中研磨10min，随后将该混合物水洗，除去氯化钠，干燥。加入23mL浓硫酸后，溶液在室温磁力搅拌22h。在冰浴条件下，将6g高锰酸钾非常缓慢地加入上述溶液，并小心地保持此时的温度不超过20C。随后，将温度升至40C并保持30min，最后升温至90C并保持45min。加入46mL超纯水（18MΩ）后溶液温度上升至105C。25min后，向溶液中加入140mL蒸馏水和10mL30%双氧水，反应结束。此时的氧化石墨烯呈亮黄色。用5%的盐酸溶液酸洗一遍后，在蒸馏水中透析3天。将一定体积的氧化石墨烯（简写为GO）水溶液在40C中真空干燥后，精确称重。从而可以计算出对应水溶液中氧化石墨烯的浓度。根据该浓度，用超纯水将上述提纯后的氧化石墨烯稀释到1mg/mL，并超声30min，密封避光冷藏，待用。

5. 工作计划

第1～2周：查阅、收集相关文献资料，设计实验方案，撰写开题报告。

第3周：撰写开题报告ppt准备演讲，外文文献翻译，做基本实验。(第一学期内完成)

第4～8周：做实验，记录数据，处理讨论数据结果，准备期中小结。