超临界二氧化碳辅助剥离类石墨烯二维材料(BN、MoO3)及其功能化应用

摘要

二维材料具有许多优异的物理化学性质，在新材料领域的发展有着巨大的潜力。石墨烯的发现和进一步研究促进了类石墨烯二维材料的研究和发展，如六方氮化硼（h-BN）、二硫化钼（MoS2）、二硫化钨（WS2）以及三氧化钼（MoO3）等。使二维材料的独特性能在各个领域得到最大发挥的重要前提是能够快速、有效的制备结构和性质合乎要求的材料。目前，类石墨烯二维材料的制备方法主要有自下而上法（bottom-up）和自上而下法（top-down）两种，包括化学气相沉积法、微机械剥离法、超声辅助液相剥离法等。但这些方法都或多或少地存在一些制备或应用过程中的不足。因此，寻求一种低成本、易于控制且能规模化的方法来制备类石墨烯二维材料依然是一个挑战。
　　超临界二氧化碳（SC CO2）被视为传统有机溶剂的替代溶剂，具有许多常规溶剂无法比拟的优点。尤其是，SC CO2可溶于许多溶剂，因此液体的溶剂性质可以通过改变温度和压力来实现连续可控的调节。其次，超临界二氧化碳具有高扩散性，可以渗透进入材料的层间并减弱层间的相互作用力，从而实现对二维材料的插层和剥离。本论文利用超临界二氧化碳和水、乙醇体系中微乳液的相行为对类石墨烯二维材料六方氮化硼和三氧化钼进行剥离，并研究了剥离得到的二维纳米材料在聚合物机械性能增强和光催化领域的应用。研究内容主要分为以下方面：
　　（1）氮化硼纳米片的制备及其在聚合物增强方面的应用研究
　　在 SC CO2辅助构建的SC CO2/表面活性剂/水三元体系组成的微乳液体系中，对氮化硼纳米片实现有效的剥离，得到了结构完整的氮化硼纳米片；进一步研究了该体系下氮化硼纳米片的剥离机理，探究了不同表面活性剂、溶液中不同乙醇含量、不同压强对于氮化硼剥离效率的影响；制备 BNNS/PVA纳米复合材料，并对其力学性能进行测试研究，在BN负载量很少的情况下，复合物薄膜的力学性能就得到了很大的提高。
　　（2）三氧化钼纳米片的制备及其应用研究
　　在SC CO2、水、乙醇的体系中，利用Pickering乳液和强烈磁力搅拌产生的剪切力对三氧化钼实现有效的剥离；对剥离得到的三氧化钼纳米片形貌和结构信息进行研究，证明了剥离得到的三氧化钼纳米片层数明显减少，且部分发生了晶型转变，由α-MoO3转变为h-MoO3，这可能是由于在剥离过程中CO2分子和水分子吸附在三氧化钼纳米片表面，使晶格产生了扭曲；随后，对三氧化钼纳米片的光催化性能进行了研究，结果表明，与体材料相比，三氧化钼纳米片对于罗丹明B的光催化性能有了明显的提高，在降解有机染料、治理环境污染方面展现了一定的前景。

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第一章 课题研究背景及意义

1.1类石墨烯二维材料的概述

1.2 氮化硼纳米材料

1.3 三氧化钼纳米材料

1.4 超临界流体

1.5 课题的研究内容和选题意义

第二章 氮化硼纳米片的制备及其在聚合物增强方面的应用研究

2.1 引言

2.2 实验试剂及仪器

2.3 实验过程

2.4 结果与表征

2.5 小结

第三章 三氧化钼纳米片的制备及其应用研究

3.1 引言

3.2 实验试剂及仪器

3.3 实验过程

3.4 结果与讨论

3.5 小结

第四章 结论与展望

参考文献

致谢

个人简历及硕士期间发表论文与科研成果

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