石墨烯及其復(fù)合材料的制備、性質(zhì)及應(yīng)用研究.pdf

1、石墨烯是一種二維納米材料，僅由一個(gè)原子層厚的單層石墨片構(gòu)成。這種材料潛力巨大，集多種優(yōu)異特性于一身，具有超強(qiáng)的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能及機(jī)械強(qiáng)度，超高的載流子遷移率、透光性及巨大的比表面積。在很多方面，比如透明導(dǎo)電薄膜、電子器件、能源存儲(chǔ)、催化、生物醫(yī)藥等展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。本論文從合成、性質(zhì)、應(yīng)用等出發(fā)，開展了還原石墨烯及其薄膜的低溫制備、非氧化直接剝離石墨、制備石墨烯復(fù)合凝膠及纖維等工作，具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 采用鈉-氨溶

2、液低溫還原方式，實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯及其薄膜的高效還原。金屬鈉在液氨中產(chǎn)生高活性的溶劑電子可以有效消除含氧基團(tuán)、恢復(fù)π共軛結(jié)構(gòu)，石墨烯含氧量只有5.6 wt％，單層石墨烯的遷移率高達(dá)123 cm2V/s。利用紅外光譜考察了氧化石墨烯的含氧官能團(tuán)在不同還原時(shí)間的演變，并推測(cè)了電子還原的反應(yīng)機(jī)制。通過直接溶液浸泡的方式，制備了石墨烯透明導(dǎo)電薄膜，過程只要幾分鐘，在80％透光率下，其平面膜阻只有350Ω/平方。還制備了石墨烯-碳納米管復(fù)合薄膜。制

3、備了基于還原石墨烯的超電容，比電容達(dá)263 F/g。利用還原石墨烯負(fù)載鉑作為甲醇催化的催化劑，發(fā)現(xiàn)其催化效果明顯增強(qiáng)。
　　 借助研磨過程，金屬鈉“引爆”插入石墨層間的硫酸分子，產(chǎn)生迅速而猛烈的化學(xué)能釋放，可以實(shí)現(xiàn)石墨的直接剝離。它不經(jīng)過氧化-還原過程從而保證其高質(zhì)量。原子力顯微鏡和高分辨電鏡可以證明成功制備出了單層石墨烯，通過衍射斑點(diǎn)可以證明石墨烯的結(jié)晶性很好，晶格完美。紅外、拉曼、電子能譜顯示石墨烯的氧化程度很低、缺陷少，具

4、有高品質(zhì)。利用剝離石墨烯制備了透明導(dǎo)電薄膜，其透光率85％，膜阻～760Ω/square。還制備了石墨烯基超電容，其比電容值為120 F/g。利用高品質(zhì)的石墨烯作為負(fù)載貴金屬Pt納米顆粒的載體，進(jìn)行催化甲醇氧化的實(shí)驗(yàn)，顯示了很好的催化活性和抗碳質(zhì)殘余物的沉積的能力。此外，還實(shí)現(xiàn)了利用金屬鈉的氣氛對(duì)石墨的直接剝離。
　　 通過對(duì)氧化石墨烯和聚乙烯醇混合物的直接化學(xué)還原，制備了石墨烯-聚乙烯醇復(fù)合凝膠，改進(jìn)了石墨烯的分散性，提高了其