石墨烯合成與表征及氮摻雜石墨烯的拉曼光譜特性研究.pdf

1、石墨烯（graphene）是由sp2雜化的單層碳原子緊密排列而成的蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu)，最早是在2004年通過(guò)膠帶剝離的方法獲得的，此后引起了廣泛的研究興趣。研究發(fā)現(xiàn)石墨烯具有許多優(yōu)異的性能，如高導(dǎo)熱性(5000W/mK)、高載流子遷移(200000cm2V-1s-1)、高比表面積（2630m2/g）、室溫量子霍爾效應(yīng)等。利用化學(xué)方法制備的石墨烯不是純凈的，而是在一定范圍內(nèi)經(jīng)過(guò)化學(xué)修飾的，我們通常把它們稱為還原氧化石墨烯(RGO)。為了方便，

2、在本文中我們以后也直接稱它們?yōu)槭╣raphene）。石墨烯（graphene）和還原氧化石墨烯（RGO）(也稱之為化學(xué)修飾石墨烯(CMG))是未來(lái)很有前途的納米材料，可以應(yīng)用于儲(chǔ)能材料，催化劑載體和電子器件等。對(duì)石墨烯進(jìn)行化學(xué)摻雜，能夠有效地調(diào)整其能帶結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能，且摻雜后的石墨烯具有許多迷人的特性和廣泛的應(yīng)用前景，如超導(dǎo)性和鐵磁性。化學(xué)摻雜通常有2種典型的方式:(1)氣體或金屬吸附到石墨烯的表面;(2)取代摻雜。
　

3、　本論文利用溶劑熱法合成了石墨烯及水熱法合成了氮摻雜石墨烯，并使用多種表征手段(X射線衍射(XRD)、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線能譜儀(EDS)、拉曼光譜（Raman））對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了分析表征。其主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分:
　　1、石墨烯的合成與表征:以改進(jìn)的Hummers法制備的氧化石墨作為原料，在不同溫度下通過(guò)簡(jiǎn)單的溶劑熱反應(yīng)制備石墨烯。石墨烯形態(tài)與結(jié)構(gòu)的研究表明還原程度取決

4、于溫度，這一點(diǎn)也可以通過(guò)拉曼分析得到驗(yàn)證。樣品的層間距和D峰與G峰的強(qiáng)度比(ID/IG)的變化表明反應(yīng)的溫度越高，可以使氧化石墨還原的更加徹底。通過(guò)電化學(xué)分析儀測(cè)試，發(fā)現(xiàn)樣品導(dǎo)電性也隨還原程度的變化而變化。此外，反應(yīng)過(guò)程會(huì)對(duì)含氧官能團(tuán)產(chǎn)生影響，同時(shí)也討論了反應(yīng)過(guò)程中發(fā)生的反應(yīng)機(jī)理。
　　2、氮摻雜石墨烯的拉曼光譜特性研究:采用簡(jiǎn)單的水熱法以改進(jìn)的Hummers法制備的氧化石墨為原料，尿素同時(shí)作為還原劑和摻雜劑，制備不同氮摻雜程度的

5、氮摻雜石墨烯。產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌的變化表明氮原子已經(jīng)成功摻入進(jìn)石墨烯，同時(shí)發(fā)現(xiàn)尿素可以使氧化石墨還原的更加徹底。根據(jù)拉曼光譜分析，氮摻雜石墨烯的光學(xué)性能隨著摻雜程度的變化而變化。重點(diǎn)研究了氮摻雜石墨烯的拉曼光譜特性，即拉曼光譜中D峰、G峰、2D峰以及S3峰的變化情況。由于摻雜時(shí)缺陷的引入，產(chǎn)物D峰與G峰的強(qiáng)度比(ID/IG)也隨著不同氮摻雜程度的變化而變化。此外，還詳細(xì)地探究了氮摻雜石墨烯的晶粒尺寸與加入的尿素質(zhì)量之間的關(guān)系，并且通過(guò)此關(guān)