基于珍珠层的碳纳米筛制备及其应用研究

摘要

海洋贝壳是一种储量丰富的渔业废弃物，同时，又是一种独一无二的制备二维纳米材料的可再生原材料。无论是从环境保护还是资源利用上，对其回收利用都具有重要意义。目前，海洋贝壳的利用率极低，主要是对其无机组分的利用，对其有机组分用以大规模绿色的合成具有精细结构的二维碳纳米筛还鲜有报道。目前国内外对二维碳纳米筛的相关研究主要集中在石墨烯纳米筛材料上，虽然制备方法种类繁多，但大都存在高耗时、高成本、工艺复杂和容易造成污染的问题，而且产品往往溶剂分散性较差，因而限制了纳米筛的进一步应用。本论文通过选用海洋废弃物贝壳—鲍鱼壳为原材料，采用直接热解的绿色合成方法，实现了具有高分散性的类石墨烯结构的二维碳纳米筛的制备，并探究了该碳纳米筛在过滤吸附、传感以及驱动等领域的应用。主要研究内容如下：
　　(1)基于鲍鱼壳珍珠层精妙的“砖泥”结构，利用其“泥层”（有机层）作为碳质前体，“砖层”（霰石层）则充当硬模板，通过直接热解的方法成功制备了具有类石墨烯结构的二维碳纳米筛。通过表征分析，该碳纳米筛的面内孔是以矿物桥为模板和霰石层的自活化效应共同作用产生。最终，合成厚度<1nm，比表面积为378m2/g，并且含有丰富的O、N和S等杂原子掺杂的碳纳米筛。
　　(2)将制备的类石墨烯二维碳纳米筛分散到多种溶剂，观察一周得出该碳纳米筛在水、乙醇、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺等溶剂中具有很好的分散稳定性，继而将其水分散液在不同基底蘸写、滴涂或抽滤成多种图案，均展现出良好的可加工性。再将其水分散液通过真空抽滤成膜用于过滤吸附罗丹明B，该碳纳米筛膜展现出高通量过滤和连续流动吸附，并且通过批量吸附实验得出该碳纳米筛对多种染料的吸附率几乎都高达百分之百。还将其分散液滴涂到丝网印刷电极或者涂敷到弹性体和尼龙基底上，该谈纳米筛膜对微量化学物质、应变和湿度的传感均表现出较广的检测范围和较高的灵敏度。最后，将二维碳纳米筛制备的仿生肌肉通过低压电场刺激，也表现出较大的弯曲驱动形变并且能够保持长时间的致动稳定性。

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摘 要

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1 文献综述

1.1 海洋废弃物的处理现状

1.2 二维碳纳米筛的研究现状

1.3 仿生肌肉的概述

1.4 本论文的选题依据与研究内容

2基于珍珠层的碳纳米筛的制备及表征

2.1 实验部分

2.1.1 实验所用药品与原料

2.1.2 实验所用仪器设备

2.1.3 分析表征方法

2.2 材料制备

2.2.1 碳纳米筛的制备

2.3 碳纳米筛的物理化学结构表征

2.4 电化学表征

2.5 本章小结

3 碳纳米筛的应用研究

3.1 碳纳米筛的分散性及图案化

3.2 碳纳米筛在过滤吸附方面的应用研究

3.3 碳纳米筛在传感方面的应用

3.3.1 碳纳米筛对于化学物质的传感应用研究

3.3.2 碳纳米筛对于应变和湿度的传感应用研究

3.4 碳纳米筛-离子液体凝胶电致动膜的致动性能研究

3.5 本章小结

4 结论

参考文献

致 谢

攻读硕士期间主要成果