石墨烯与卟啉的共价杂化功能化材料合成和光限幅特性文献翻译.docxVIP

化学工程学院 毕业论文（设计）译文翻译材料 20 - 论文（设计）题目：石墨烯/PBI杂化材料的合成 与性能研究 文献题目： A Graphene Hybrid Material Covalently Functionalized with Porphyrin: Synthesis and Optical Limiting Property 论文编号： 10.1002/adma.200801617 翻译类型：　　英译汉 班 级：　　化学1102 姓 名：　　于龙海 学 号：　　1111081065 指导教师：　　蔺红桃 评语： 指导教师签名： 石墨烯与卟啉的共价杂化功能化材料：合成和光限幅特性 作者：徐燕飞、刘智博、张效良、王焱、田建国*、黄奕、马雁峰、张晓燕和陈永胜* 石墨烯，在材料科学领域是一颗冉冉升起的新星，组成石墨烯的原子稀薄，空间具有二维结构，组成它的碳原子杂化方式为SP2杂化，具有非凡的的电学性能和机械性能[1-4]。从理论上讲，碳的其它同素异形体分子可通过石墨烯来构建。例如，一维结构的碳纳米管（CNTs）可以通过卷起石墨烯不同的层来构建，零维结构的富勒烯可以通过包覆单层的石墨烯来构建。石墨烯（或二维结构的石墨）被广泛用于描述的各种碳基础材料的性能。随着众多的性能优异的碳纳米管[5]和富勒烯[6]应用的报道，石墨烯深入细致的研究及其在纳米电子和光电子器件方面的使用并作为一种纳米尺度结构单元的新型纳米材料而被期待。到目前为止，在不同的设备，如场效应晶体管[7]，谐振器[3]，透明阳极[8]和有机光伏器件等设备上的应用已经被报道[9]。已知的是，完美的石墨烯本身并不存在，溶解度和/或加工性能是石墨烯基质材料在应用前景方面的首要问题。到目前为止，石墨烯的化学功能化集中于在水和有机溶剂中通过使用不同的可溶性基团来改善其溶解度与加工性能[10-14]。然而，充分利用石墨烯的两个优良性能制备多功能杂化材料和功能化材料这两个领域还未被开发。 石墨烯氧化物中含氧基团中的存在使其具有很强的亲水性的和良好的水溶性[12]，并且还通过已知的碳的表面化学为石墨烯的化学改性提供了一种处理方法。卟啉被称为“生活中常见的颜料”[15]，具有很大的消光系数，在可见光范围内，可预测其刚性结构，并且具有光化学电子转移能力[16]。具有大量二维结构的18个π电子的卟啉和改性卟啉受体纳米颗粒表现出了良好的光电性能[17-22]。因此，可以预期的是，通过将具有二维结构的纳米级石墨烯与具有光电电子活性卟啉分子组合起来，那么多功能纳米级材料的光学和/或光电子性能可以得到广泛的应用。在本文中，我们首次报道了通过有机溶液加工而成的功能化石墨烯（SPF石墨烯)与卟啉的杂化材料及其光物理性质，其中包括杂化材料的光学限幅特性。 卟啉-石墨烯杂化材料的合成，在N，N-二甲基甲酰胺（DMF）中按照标准化学过程实现胺官能化的卟啉（TPP-NH2）和氧化石墨烯的杂化：5-4（氨基苯）-10，15，20-三苯基卟啉（TPP）和石墨烯氧化物分子通过酰胺共价键键合在一起（TPP-NHCO-SPF石墨烯，方案1和2）。大规模的水溶性氧化石墨烯通过改进的Hummers方法进行制备[8,9,23]。原子力显微镜（AFM，见支持信息，Fig.S1），热重分析（TGA），和X射线衍射（XRD）表征已经证实：这种石墨烯材料在完全剥离的状态下可以很容易地分散，这是因为石墨烯在水中几乎呈单层片状分布[8,9]。TPP-NH2和氧化石墨烯分子通过酰胺共价键键合在一起。已经采取了很多谨慎的措施，通过使用广泛溶剂清洗、超声处理和膜过滤以确保所有未参与反应的TPP-NH2分子被移除。细节中给出了实验部分的说明。附着在氧化石墨烯上面的有机分子使得TPP-NHCO- SPF石墨烯杂化材料可溶解于DMF等极性溶剂中。 图1显示了TPP-NHCO-SPF石墨烯、TPP-NH2和石墨烯氧化物的FTIR光谱（傅里叶变换红外光谱）。在石墨烯氧化物的红外光谱中，所述1730cm-1峰是羧酸基的C-O的伸缩振动，为氧化石墨烯的特征峰。 方案1：TPP-NHCO-SPF石墨烯的合成方案。 方案2：共价化合物TPP-NHCO-SPF石墨烯的结构示意图。 在TPP-NHCO-SPF石墨烯的红外光谱中，1730 cm-1处出现的高峰几乎消失，并且新的宽带出现在1640 cm-1处，其对应于酰胺基的C=O特性伸缩振动谱带[10]。酰胺中C-N峰的伸缩带出现1260 cm-1处。这些结果清楚地表明，TPP-NH2分子已经通过酰胺共价键与氧化石墨烯分子结合到一起。通过透射电子显微镜（TEM）来进一步表征TPP-NHCO-SPF石墨烯（见支持信息，图S2）。