石墨烯及其金屬復(fù)合物的合成與應(yīng)用.pdf

1、石墨烯獨特的電子結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的性質(zhì)，如高的電子遷移率、大的比表面積、良好的透光性、高的楊氏模量和優(yōu)異的熱學(xué)性質(zhì)。自從用機械剝離法從石墨中分離出石墨烯以來，很多方法被應(yīng)用于合成石墨烯，例如化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)氧化還原法、有機合成法等。目前，如何可控合成高質(zhì)量、大規(guī)模、低成本石墨烯依舊是限制石墨烯應(yīng)用的重要因素。本論文進一步發(fā)展了化學(xué)氧化還原和化學(xué)氣相沉積兩種方法來合成石墨烯。
　　首先，我們研究了Hummer法合成出的氧化石墨烯

2、的氧化量，發(fā)現(xiàn)通過控制氧化劑的加入量，可以得到不同氧含量的氧化石墨烯。FTIR和Raman研究表明，含氧量的增加會使氧化石墨烯中sp3碳的雜化比例增大。通過測量不同含氧量氧化石墨烯的電勢發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯的含氧量越高則電勢越低。另外，氧化石墨烯之間的靜電斥力也是影響氧化石墨烯在水溶液中分散的重要影響因素。
　　目前，很多還原劑被應(yīng)用于還原氧化石墨烯，例如水合肼及其衍生物。但是，這些還原劑毒性極大且容易揮發(fā)，限制了它們的使用。第三章介

3、紹了一種在室溫下用金屬納米顆粒來催化硼氫化鈉水解從而來還原氧化石墨烯的簡便方法。分別用原子力顯微鏡和透射電鏡研究了石墨烯的形貌和結(jié)構(gòu)。通過紫外-吸收光譜、X射線光電子能譜、拉曼光譜和X射線衍射研究了氧化石墨烯的還原過程。該方法避免使用水合肼及其衍生物作為還原劑，具有環(huán)保安全的優(yōu)點。同時該方法在溫和的條件（室溫）下進行，得到的石墨烯缺陷較少，并且該方法可以放大使用，作為催化劑的金屬鹽可以被重復(fù)利用。
　　石墨烯金屬納米顆粒復(fù)合物具有

4、特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性質(zhì)，可以應(yīng)用到催化、電極、傳感器等領(lǐng)域中。金屬納米顆粒的尺寸和形貌會直接影響到石墨烯@金屬納米顆粒復(fù)合物在實際應(yīng)用中的使用。第四章介紹了一種通過自催化在室溫下合成石墨烯@金屬納米顆粒復(fù)合物的簡便方法。首先，將需求尺寸和形貌的金屬納米顆粒負載到氧化石墨烯上，然后通過金屬納米顆粒作為催化劑來加速硼氫化鈉水解去還原氧化石墨烯，通過得到石墨烯@金屬納米顆粒復(fù)合物。相比已有的方法，該方法避免使用水合肼及其衍生物等劇毒還原劑，環(huán)

5、保安全，且該方法可以在室溫下和不同酸堿度下高效進行。同時該方法可以用來大規(guī)模的合成石墨烯@金屬納米顆粒及石墨烯@金屬氧化物納米顆粒復(fù)合物，從而滿足其實際應(yīng)用。例如，石墨烯@Au納米顆粒復(fù)合物在催化和太陽能電池方面展現(xiàn)出良好的應(yīng)用。
　　在絕緣體上生長出高質(zhì)量、大面積石墨烯是微電子行業(yè)的迫切需求，第五章中介紹了一種利用多環(huán)芳烴(例如ADN、HAT-CN和NPB)或氧化石墨烯作為碳源，金屬Cu作為催化劑無需轉(zhuǎn)移直接將石墨烯生長到絕緣材