雙枝偶氮苯-石墨烯雜化材料的合成及光儲(chǔ)熱性能研究.pdf

1、雙枝偶氮苯雙枝偶氮苯石墨烯雜化石墨烯雜化材料的合成材料的合成及光儲(chǔ)熱性能光儲(chǔ)熱性能研究研究SynthesisofbisAzobenzeneGrapheneHybridMaterialsfSolarThermalFuels學(xué)科專業(yè)：材料學(xué)作者姓名：李士佩指導(dǎo)教師：封偉教授天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二零一五年十二月摘要偶氮苯可發(fā)生光誘導(dǎo)可逆反順異構(gòu)化轉(zhuǎn)變，從而把光能以化學(xué)能的形式存儲(chǔ)于亞穩(wěn)態(tài)順式結(jié)構(gòu)中。在外界刺激下，亞穩(wěn)態(tài)順式結(jié)構(gòu)會(huì)回復(fù)到穩(wěn)

2、定的反式結(jié)構(gòu)，并將存儲(chǔ)的化學(xué)能以熱能的形式釋放，從而完成一個(gè)可逆的光儲(chǔ)熱循環(huán)?？赡婀庵庐悩?gòu)化轉(zhuǎn)變的可調(diào)控性、良好的循環(huán)穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)多樣性是其成為構(gòu)建高性能太陽(yáng)光存儲(chǔ)材料的重要基礎(chǔ)。但是傳統(tǒng)的偶氮苯受其分子結(jié)構(gòu)限制，存在光儲(chǔ)熱密度低、儲(chǔ)熱穩(wěn)定性差以及儲(chǔ)熱可控性等缺點(diǎn)，極大地限制了其在光儲(chǔ)熱領(lǐng)域的應(yīng)用。本文在分子設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，制備雙枝偶氮苯分子（bisAzo）。通過(guò)親核取代反應(yīng)，將其共價(jià)接枝到兼具一定共軛結(jié)構(gòu)和良好分散性的還原氧化石墨烯（

3、RGO）表面，獲得了具有高容量、長(zhǎng)效穩(wěn)定和可調(diào)控光儲(chǔ)熱特性的RGObisAzo復(fù)合材料，并研究了bisAzo在RGO表面的分子內(nèi)和分子間空間位阻效應(yīng)對(duì)于提高其光儲(chǔ)熱穩(wěn)定性和儲(chǔ)熱密度的規(guī)律。通過(guò)密度泛函理論（DFT）計(jì)算了RGObisAzo復(fù)合材料的理論能量密度。透射電子顯微鏡照片顯示bisAzo分子在RGO表面形成致密的有機(jī)層，表明其具有極高的接枝密度。熱失重分析和X射線光電子能譜結(jié)果表明RGO表面平均每50個(gè)碳原子接枝一個(gè)bisAzo

4、，高接枝密度和層間穿插作用有利于增強(qiáng)分子內(nèi)分子間作用力及空間位阻。紫外可見(jiàn)光吸收光譜顯示空間位阻效應(yīng)提高了bisAzo在RGO表面的順式結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性，其熱回復(fù)半衰期為1320h，比bisAzo增大了一個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)利用可見(jiàn)光（450nm）誘導(dǎo)作用，實(shí)現(xiàn)了bisAzo的加速回復(fù)并驗(yàn)證了其具有良好的可逆循環(huán)性（50圈）。差示掃描掃描量熱儀分析結(jié)果顯示RGObisAzo的能量密度為80Whkg，與DFT計(jì)算結(jié)果在同一個(gè)數(shù)量級(jí)（118Whkg