26688.催化金屬表面結構和碳源對cvd法合成石墨烯的影響研究

1、催化金屬表面結構和碳源對CVD法合成石墨烯的影響研究重慶大學碩士學位論文(學術學位)學生姓名：田軍軍指導教師：胡寶山副教授專業(yè)：化學工程與技術學科門類：工學重慶大學化學化工學院二O一四年四月重慶大學碩士學位論文中文摘要I摘要石墨烯（graphene）憑借其出色的電學、熱學、光學和機械性能，目前已經(jīng)廣泛應用到電子、機械及醫(yī)藥等高科技領域。石墨烯的這些出色性能，引起科學界的廣泛關注，其中大面積、高品質石墨烯的合成方法是科學界研究的重點之一。

2、化學氣相沉積法（CVD）通過反應條件的控制實現(xiàn)了石墨烯的大面積、高品質可控生長，而且能實現(xiàn)石墨烯的輕松轉移，因此成為大規(guī)模生產(chǎn)大面積、高品質石墨烯最有前景的方法。本課題的研究內容之一，先以CH4為碳源在銅箔和銅膜上常壓合成了石墨烯，用電子背射散射衍射（EBSD）對氫氣氛圍退火后的銅箔和銅膜表面進行表征。結果顯示：銅箔表面基本是由（100）晶面構成，且其單晶約有100μm大小，而銅膜表面則是含有（111）、（100）和（110）的多晶結構

3、，且單晶尺寸僅有10μm大小。二者不同的表面結構使得不同濃度的CH4和H2濃度對石墨烯的層數(shù)，質量等的影響也不同。進一步數(shù)據(jù)表明銅箔比銅膜在初始階段有更高的石墨烯成核密度和更快的增長速度。我們的研究結果有助于了解金屬表面結構和石墨烯CVD生長的關系。本課題的研究內容之二，以CO2作為碳源，以銅箔為催化基底進行石墨烯CVD合成條件及機理的探索。我們先在700℃使CO2和H2反應，然后升溫至1000℃和1080℃退火最后迅速降溫，拉曼及光學

4、顯微鏡圖片結果顯示利用此方法成功制得了石墨烯。通過反應過程的解析，我們發(fā)現(xiàn)700℃是低溫反應生成碳的最合適溫度，H2有利于非石墨態(tài)碳向石墨態(tài)轉化。通過與CH4CVD的實驗結果對比，我們推斷除了CO2加氫的副產(chǎn)物，如H2O，可能會阻礙石墨烯的成核和生長外，氧元素也可能使銅表面鈍化不利于石墨烯成核及晶核的長大。我們的研究為CO2直接合成石墨烯提供了一種有效途徑。在本課題中，我們研究了銅箔和銅膜作為催化基底時，氫氣流量，甲烷流量對石墨烯質量的