沙漠玫瑰石形石墨烯的發(fā)現(xiàn)與研究.pdf

1、石墨烯是一種以sp2雜化碳原子組成的平面六邊形網(wǎng)格狀蜂窩結(jié)構(gòu)的二維納米材料，擁有較高的電子遷移速率、比表面積，且結(jié)構(gòu)性質(zhì)穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于微電子器件、高效催化劑、新能源材料等。本文通過裂解低分子量聚硅烷（o-PS），首次制備了直立生長于碳化硅微球表面的石墨烯——沙漠玫瑰石形石墨烯（DRG）。DRG呈現(xiàn)出獨特的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，具有很高的選擇性催化活性，且可反復(fù)使用。通過對生長機理的研究發(fā)現(xiàn)，在不同生長基底上能可控地得到DRG或超長碳化硅納米線

2、。本文還從碳化硅納米線制備了納米紙，并發(fā)現(xiàn)其優(yōu)異的濕敏傳感特性。
　　DRG的制備和應(yīng)用研究是本文的主要內(nèi)容之一。本文利用o-PS的裂解在硅片、石墨片表面制備得到了DRG。DRG由實心碳化硅多晶微球和微球表面的石墨烯兩部分構(gòu)成，大部分石墨烯直立生長于碳化硅微球的表面，其平均長度約為100 nm。與石墨烯生長方向類似，有少量碳納米管生長于碳化硅微球表面，直徑10-20 nm，長度約為數(shù)百納米。碳化硅多晶微球平均直徑約為0.9μm，為

3、實心結(jié)構(gòu)，含有石墨微晶、β-SiC微晶（微晶平均尺寸約為3 nm）和無定形物質(zhì)，其中β-SiC微晶主要位于球體內(nèi)部，而石墨微晶則集中在靠近球體表面的部位。
　　為提高DRG的催化活性，分別采用對已得到DRG進行化學(xué)修飾與裂解o-PS和乙腈的混合物兩種方式制備氮摻雜DRG。DRG催化苯甲醇、乙苯選擇性氧化轉(zhuǎn)化率僅分別為36.3％和46.9%，而采用上述兩種方式制備的氮摻雜DRG催化該反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率均超過了90%，且具有較好的選擇性。<

4、br>　　以 DRG的制備研究為切入點，對 o-PS的裂解過程和機理進行研究。發(fā)現(xiàn)以硅片、石墨片為生長基底得到的裂解產(chǎn)物為DRG；以瓷舟、活性炭為基底且在金屬催化劑存在下的裂解主要產(chǎn)物為碳化硅納米線。DRG生長機理可簡述如下：在升溫階段o-PS分子在高溫環(huán)境中揮發(fā)為懸浮氣態(tài)分子。惰性載氣（Ar或N2）將其運輸遷移至爐內(nèi)高溫區(qū)域，在高溫作用下，o-PS中Si-Si鍵斷裂形成小分子自由基，經(jīng)交聯(lián)-裂解競爭反應(yīng)過程增長為微液滴。微液滴發(fā)生碰撞

5、熔并和裂解固化，沉降于硅片（或石墨片）生長基底表面，并形成多層堆疊。在高溫作用下已固化的微球進一步發(fā)生裂解和晶化，使得球內(nèi)部出現(xiàn)大量碳化硅微晶，結(jié)晶驅(qū)動力使碳向球外層富集并結(jié)晶形成石墨微晶。在此過程中，碳化硅微球裂解釋放的氫氣、甲烷等小分子物質(zhì)，使其表面的石墨微晶加速生長為多層石墨烯，并最終形成DRG。
　　通過丙酮輔助壓縮法，以o-PS裂解制備的碳化硅納米線制備了自支撐的碳化硅納米紙。碳化硅納米紙的電阻隨著環(huán)境濕度的增高而線性增