超臨界二氧化碳體系中石墨烯的制備及其應(yīng)用.pdf

1、石墨烯是一種單層原子構(gòu)成的材料，是目前已知的最薄、硬度最大的納米材料。作為一種新型材料，因其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)等性能，在各個(gè)領(lǐng)域掀起了研究的熱潮，有可能成為引領(lǐng)多項(xiàng)產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵材料，在電子設(shè)備、航天材料、能源開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。
　　在本論文中，我們通過(guò)研究輔助插層劑在超臨界二氧化碳體系中對(duì)石墨烯剝離的影響，確定合適的輔助插層劑和剝離的最佳條件;然后通過(guò)一系列的表征手段，對(duì)剝離的產(chǎn)物進(jìn)行分析;最后將剝離

2、得到的石墨烯應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池和阻變存儲(chǔ)器中。
　　本論文的主要工作和實(shí)驗(yàn)成果如下:
　　(1)插層劑Dipp-PDI對(duì)石墨剝離的影響
　　在溫度為40℃和壓強(qiáng)10 MPa條件下，取占石墨的質(zhì)量百分比分別為0.3％、0.5％、0.8％、1％、3％的N，N'-雙(2,6-二異丙基苯基)-3,4,9,10-苝四甲酰二亞胺(Dipp-PDI)依次進(jìn)行剝離實(shí)驗(yàn)，當(dāng)加入的Dipp-PDI占石墨總質(zhì)量百分比為0.8％時(shí)，剝離

3、得到的石墨烯濃度最高，約0.45 mg/mL。這說(shuō)明在Dipp-PDI質(zhì)量占0.8％時(shí)，其能夠有效的參與到石墨的剝離中，并能夠提高剝離得到的石墨烯懸浮液的穩(wěn)定性。這與其分子之間的強(qiáng)烈的π-π作用有關(guān)，能夠有效的跟剝離出來(lái)的石墨烯結(jié)合，有效的防止石墨烯再次發(fā)生團(tuán)聚而沉降。
　　(2)溫度和壓強(qiáng)對(duì)剝離效果的影響
　　在Dipp-PDI占石墨質(zhì)量為0.8％時(shí)，我們研究了在不同溫度和壓強(qiáng)下，對(duì)石墨烯剝離的影響。保持壓強(qiáng)10 MPa不

4、變，溫度為40℃時(shí)剝離得到的石墨烯濃度最高，約為0.44 mg/mL;保持溫度40℃不變，隨著壓強(qiáng)的增大，剝離得到的石墨烯濃度逐漸增大，在20 MPa時(shí)剝離得到的濃度最高為0.48 mg/mL?？紤]到實(shí)驗(yàn)的易操作性和安全性，我們選擇15 MPa作為最佳的剝離壓強(qiáng)，剝離得到的石墨烯濃度約為0.46 mg/mL。
　　(3)石墨烯的尺寸、層數(shù)的表征
　　通過(guò)對(duì)剝離得到的石墨烯進(jìn)行離心制樣進(jìn)行表征，AFM下可以得到剝離得到的石墨烯

5、層數(shù)約為2-4層，樣品的尺寸約為幾百個(gè)nm到1μm，TEM能夠更清晰的看到石墨烯的分布、形狀，跟AFM結(jié)果一致;Raman拉曼光譜的數(shù)據(jù)顯示實(shí)驗(yàn)得到的石墨烯缺陷較少，且2D峰峰強(qiáng)較高，說(shuō)明剝離得到了層數(shù)較少、質(zhì)量較高的石墨烯;X射線衍射剝離得到的石墨烯的衍射峰強(qiáng)度明顯減弱，且在(002)的衍射峰2θ角度變小，說(shuō)明石墨得到了較好的剝離。
　　(4)石墨烯摻雜的染料敏化太陽(yáng)能電池
　　將實(shí)驗(yàn)剝離得到的石墨烯按照不同的質(zhì)量百分比跟

6、TiO2混合作為染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)的光陽(yáng)極，制作的太陽(yáng)能電池跟純TiO2染料敏化太陽(yáng)能電池相比，電池的效率得到了顯著的提升。其中，當(dāng)石墨烯所占質(zhì)量百分比為0.2％時(shí)，電池的轉(zhuǎn)換效率最高，為2.12,相比于純TiO2電池的轉(zhuǎn)換效率1.21,效率提高了75％，效果相當(dāng)顯著。
　　(5)石墨烯增強(qiáng)的POMA基阻變存儲(chǔ)器
　　石墨烯增強(qiáng)的POMA基阻變存儲(chǔ)器，相比于純POMA的阻變存儲(chǔ)器，器件的性能也有很大的提高。石墨烯