石墨烯及其鹵化物的合成與應(yīng)用.pdf

1、石墨烯由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，如高電子遷移率、高楊氏模量、大比表面積及良好的透光性等，近十年來(lái)吸引了科學(xué)家們的大量關(guān)注。盡管石墨烯表現(xiàn)出廣泛的潛在應(yīng)用，但其零帶隙特性又阻礙了它代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硅電子器件?；瘜W(xué)改性是打開(kāi)石墨烯能帶的一種有效途徑。與物理吸附相比，在未來(lái)的電子器件中，對(duì)石墨烯進(jìn)行共價(jià)改性無(wú)疑是一種更可靠的方法。鹵化石墨烯是石墨烯的一類(lèi)衍生物，它包括氟化石墨烯(FG)、氯化石墨烯、溴化石墨烯和碘化石墨烯。尤其是氟化石墨烯及氯化石墨

2、烯，在過(guò)去幾年里，已經(jīng)用不同的方法制得，例如：機(jī)械剝離氟化石墨、氟化氙化學(xué)吸附、氟源氣體等離子體(plasma)處理石墨烯等，并已應(yīng)用在高蓄電池及潤(rùn)滑劑中的研究中。而氯化石墨烯主要由氯氣與石墨烯反應(yīng)制得，存在一定的危險(xiǎn)性。本論文主要探討了單層可控FG的制備及其在氣體傳感器中的應(yīng)用與一步法合成氯摻雜單層石墨烯。
　　首先，我們研究了單層氟化石墨烯的含氟量，發(fā)現(xiàn)通過(guò)控制六氟化硫plasma的處理時(shí)間，可以得到不同含氟量的單層 FG。R

3、aman研究結(jié)果表明，氟化過(guò)程會(huì)導(dǎo)致缺陷的產(chǎn)生。XPS結(jié)果則顯示，含氟量達(dá)到最大值后，再增加處理時(shí)間會(huì)使含氟量逐漸降低。而在干燥大氣中，經(jīng)六氟化硫plasma處理制得的FG在室溫下是相對(duì)穩(wěn)定的，一個(gè)月內(nèi)，含氟量下降了不到20％。此外，F(xiàn)G的含氟量也是影響其透光率的重要因素。雖然關(guān)于FG的化學(xué)結(jié)構(gòu)已有一些報(bào)導(dǎo)，但C-F鍵的化學(xué)環(huán)境還存在一些未知，我們利用X射線近邊吸收譜研究了FG的電子結(jié)構(gòu)。這對(duì)理解FG氣體檢測(cè)的機(jī)理具有重要意義。

4、　　盡管目前的氣體探測(cè)材料還主要采用金屬氧化物，例如氧化錫、氧化鋅等，但這些金屬氧化物的工作溫度都比較高。本征石墨烯也曾被研究用于探測(cè)氨氣、氮氧化物等氣體，但其常溫下的響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間及響應(yīng)度還與金屬氧化物存在較大差距。第三章介紹了共價(jià)改性后的FG在常溫下對(duì)氨氣的優(yōu)良響應(yīng)。通過(guò)測(cè)量不同含氟量的單層FG對(duì)100 ppm氨氣在常溫下的響應(yīng)度發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)G的含氟量越高則響應(yīng)越高。
　　迄今為止，石墨烯的另一種鹵化衍生物——氯化石墨烯的合成