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【摘要】 石墨烯具有独特的二维结构和优异的物理化学性能,在材料科学、电子科学、生物医药、催化剂载体等领域有着巨大的应用前景,受到了广泛的关注。然而,石墨烯相互间存在较强的范德华作用力使其不能在溶剂中稳定分散,与其他材料的相容性也不好,容易再次层叠在一起难以打开,这是制约石墨烯研究和应用的一个主要障碍。因此,对石墨烯进行改性以提高其在溶剂中的分散性及与其他材料的相容性,具有十分重要的理论和现实意义。迄今为止,已经报道了多种改性石墨烯的方法,一般可划分为非共价键改性和共价键改性两大类。共价键改性不仅能提高石墨烯在溶剂中的分散性以及与其他材料的相容性,化学官能团的引入也赋予了石墨烯新的性能,扩大了石墨烯的应用范围。本文通过原子转移氮氧自由基偶合(ATNRC)反应和单电子转移活性自由基聚合(SET-LRP)反应制备了线性聚合物共价改性的石墨烯材料;以聚合物修饰的石墨烯为载体,将胰蛋白酶固定在石墨烯的表面得到可溶性的固定化酶,建立了微波辅助靶上酶解的新方法,成功实现了痕量蛋白质在靶板上快速酶解,取得了良好的实验结果。主要研究结果如下：1.通过氧化石墨烯表面羧基的酯化反应可将HTEMPO活性基团引入到氧化石墨烯的表面,同时将氧化石墨烯还原,进而可以与Br封端的聚合物通过原子转移氮氧自由基偶合(ATNRC)反应连接起来,制备聚合物共价改性的石墨烯。该方法拓展了graft onto方法共价改性石墨烯的范围,可将通过ATRP方法合成的Br封端的聚合物共价接枝到氧化石墨烯的表面。利用该方法我们制备了聚苯乙烯共价改性的石墨烯(Graphene-g-PS),由于聚苯乙烯的共价接枝,使得Graphene-g-PS在氯仿、正己烷、甲苯、甲醇等有机溶剂中具有很好的分散性,有利于石墨烯的进一步应用。2.通过graft from方法制备了聚合物共价改性的石墨烯,先通过叠氮化反应将SET-LRP引发集团共价接枝在石墨烯表面,进而引发单体tBMA聚合,从而得到聚合物共价接枝改性的G-PtBMA。可以通过控制叠氮盐的浓度来控制石墨烯表面SET-LRP引发集团Br的量,进而控制聚合物链段的接枝率。对G-PtBMA的Raman、1HNMR、TEM、AFM、和TGA等表征均证明PtBMA链段已共价接枝到石墨烯的表面。由于PtBMA连段的共价接枝,G-PtBMA在极性溶剂中的分散性能大大提高,有利于后续的石墨烯应用研究。3.通过先用聚赖氨酸(PCL)和聚乙二醇(PEG)来修饰氧化石墨烯,再固定胰蛋白酶的方式得到酶固定探针。进而研究其在微波辅助水解牛血清蛋白和肌红蛋白方面的应用,通过MALDI-MS检测发现,石墨烯酶固定探针的应用有效增强蛋白水解效率,降低水解反应时间。有利于快速、高效鉴别蛋白。
【关键词】 石墨烯； 聚合物； 共价改性； 水解蛋白； 纳米材料；
摘要 6-8
Abstract 8-9
第一章 绪论 10-48
1.1 石墨烯的结构与性质 10-15
1.1.1 石墨烯的结构 10-13
1.1.2 石墨烯的性质 13-15
1.2 石墨烯的制备方法 15-23
1.2.1 机械分离法 15
1.2.2 晶体外延生长法 15-16
1.2.3 化学氧化-还原法 16-18
1.2.4 化学气相沉积法(CVD) 18-19
1.2.5 化学解理法 19
1.2.6 电化学法 19-20
1.2.7 直接剥离法 20-21
1.2.8 其他制备方法 21-23
1.3 石墨烯的改性 23-32
1.3.1 非共价键改性石墨烯 25-27
1.3.2 共价键改性石墨烯 27-32
1.3.2.1 氧化石墨烯的共价键修饰 28-31
1.3.2.2 非氧化石墨稀的共价修饰 31-32
1.4 石墨烯的应用 32-39
1.4.1 纳电子晶体管和场效应管 32-33
1.4.2 石墨烯薄膜 33-34
1.4.3 储能材料 34-36
1.4.4 传感器 36-37
1.4.5 其他应用 37-39
1.5 论文研究工作设计 39-40
参考文献 40-48
第二章 原子转移氮氧自由基偶合反应制备聚苯乙烯改性的石墨烯 48-61
2.1 引言 48-52
2.2 实验部分 52-54
2.2.1 仪器与试剂 52
2.2.2 制备氧化石墨烯(GO) 52-53
2.2.3 制备石墨烯-HTEMPO(Graphene-HTEMPO) 53
2.2.4 ATRP制备聚苯乙烯(PS) 53-54
2.2.5 制备聚苯乙烯(PS)改性的石墨烯(Graphene-g-PS) 54
2.3 结果与讨论 54-57
2.4 本章小结 57-58
参考文献 58-61
第三章 表面引发单电子转移自由基聚合制备聚合物共价改性的石墨烯 61-78
3.1 引言 61-62
3.2 实验部分 62-65
3.2.1 原料和试剂 62-63
3.2.2 制备氧化石墨烯 63
3.2.3 在石墨烯表面引入羟基 63
3.2.4 在石墨烯表面引入含Br SET-LRP引发基因 63
3.2.5 在石墨烯表面引发tBMA聚合 63-64
3.2.6 测试仪器与表征 64-65
3.3 结果与讨论 65-73
3.3.1 在石墨烯表面引入SET-LRP引发基团 66-68
3.3.2 通过SET-LRP反应制备G-PtBMA 68-73
3.4 本章小结 73-74
参考文献 74-78
第四章 功能化氧化石墨烯用于快速水解蛋白质 78-104
4.1 引言 78-80
4.2 实验部分 80-84
4.2.1 原料和试剂 80-81
4.2.2 仪器设备 81
4.2.3 酶对GO的功能化修饰 81-82
4.2.3.1 氧化/酸化GO表面 81
4.2.3.2 多聚物初步活化修饰GO 81-82
4.2.3.3 薛的功能化修饰 82
4.2.4 GO-p-Try的表征 82-83
4.2.4.1 电子显微镜表征 82
4.2.4.2 傅立叶变换红外光谱表征 82-83
4.2.5 GO对酶固载量的评价 83
4.2.6 标准蛋白的溶液酶解 83
4.2.7 GO-p-Try用于靶上酶解 83-84
4.2.8 MALDI-TOF-MS/MS分析及数据处理 84
4.3 结果与讨论 84-100
4.3.1 酶的固定化以及表征 84-88
4.3.2 GO-p-Try用于微波辅助MALDI靶上酶解的应用 88-100
4.3.2.1 GO-p-Try在靶板上对质谱信号的影响考察 88
4.3.2.2GO-p-Try微波辅助MALDI範上海解方法的建立 88-96
4.3.2.3 GO-p-Try微波辅助MALDI勒！上薛解方法用于痕量蛋白质的鉴定分析 96-100
4.4 本章小结 100-101
参考文献 101-104
第五章 全文结论 104-106
论文发表情况 106-107
致谢 107-108
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