超臨界二氧化碳輔助構(gòu)筑的乳液環(huán)境中制備二維層狀材料及其功能化應(yīng)用研究.pdf

1、二維層狀材料在光電、傳感、催化、機(jī)械、生物和能量?jī)?chǔ)存等領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛能。二維層狀納米材料的制備對(duì)于發(fā)揮其全面的性能起到至關(guān)重要的作用。主要方法有：外延生長(zhǎng)法、水熱法、化學(xué)氣相沉積、微機(jī)械剝離法、液相超聲剝離法、插層剝離法等。此外，超臨界二氧化碳(SC CO2)由于具有高的擴(kuò)散系數(shù)及低的表面張力也被應(yīng)用于剝離二維層狀材料。眾所周知，在SC CO2和水的界面上引入表面活性劑或者納米粒子能夠形成乳液環(huán)境。通過改變 CO2壓力、溫度、PH

2、等影響因素，能夠調(diào)控乳液的性質(zhì)和界面的相行為。本文將層狀材料引入到SC CO2構(gòu)筑的乳液環(huán)境中來(lái)實(shí)現(xiàn)層狀材料的高效剝離，并且研究了剝離出的二維層狀材料分別在電化學(xué)、生物及機(jī)械方面的性能。主要內(nèi)容如下：
　?。?）在SC CO2構(gòu)筑的Pickering乳液中剝離MoS2及其在細(xì)胞熒光標(biāo)定中的應(yīng)用研究
　　利用SC CO2、水以及MoS2構(gòu)筑形成Pickering乳液，通過高速攪拌在乳液中水和CO2界面上形成巨大的剪切力，實(shí)現(xiàn)M

3、oS2從塊體材料上的剝離。在剝離過程中，乙醇作為共溶劑在剝離的效率上起到了很大的作用。此外，該方法制備的MoS2納米薄片展現(xiàn)了優(yōu)異的光致發(fā)光性能，并且驗(yàn)證了其在生物細(xì)胞熒光標(biāo)記領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價(jià)值。
　?。?）在由SC CO2/表面活性劑/水體系構(gòu)筑的乳液微環(huán)境中剝離層狀材料的研究
　　在CO2和水之間引入表面活性劑PVP來(lái)構(gòu)筑乳液微環(huán)境。改變CO2的壓力能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的驅(qū)動(dòng)力來(lái)調(diào)節(jié)乳液微環(huán)境中的界面張力以及表面活性劑膜層

4、的曲率。由于PVP必須能夠緊緊吸附在層狀材料的表面，表面活性劑膜層的彎曲可以克服層狀材料間的范德華力，并驅(qū)動(dòng)二維納米薄片從塊體材料表面的剝離。因此，本工作在 CO2/PVP/H2O體系構(gòu)筑的乳液微環(huán)境中成功剝離了石墨烯、MoS2、WS2以及BN等典型的層狀材料。而且，本工作也研究了CO2/PVP/H2O體系構(gòu)筑的乳液的相行為以及解釋層狀材料在乳液微環(huán)境中剝離的機(jī)理。此外，也研究了CO2壓力、乙醇/水比例以及初始粉末濃度對(duì)剝離效率的影響。

5、
　　（3）制備的二維層狀材料在電化學(xué)、生物、機(jī)械等領(lǐng)域的應(yīng)用研究
　　本工作研究了制備的二維層狀材料在電化學(xué)、生物、以及機(jī)械等方面的性能。首先，將剝離的石墨烯作為“墨水”刷在普通的A4紙上來(lái)制備成石墨烯薄膜，將其裝配成超級(jí)電容器并測(cè)試其電化學(xué)性能，石墨烯展現(xiàn)了優(yōu)異的電學(xué)性能。同時(shí)，將調(diào)控剝離的MoS2的尺寸，得到尺寸小于120 nm的MoS2納米薄片，并將其作為熒光探針來(lái)進(jìn)行熒光標(biāo)定。在熒光標(biāo)定前，測(cè)試了MoS2的熒光性能