不同成因石墨的晶體化學特征及對石墨烯的影響.pdf

1、基于我國石墨礦產(chǎn)資源豐富，礦石種類齊全，產(chǎn)出有晶質和微晶兩種，且石墨可作為規(guī)?；苽涫┑奶烊辉希菊撐囊匝芯坎煌刭|成因石墨的礦物學特征為基礎，通過氧化-還原法制得還原氧化石墨烯（簡稱石墨烯），系統(tǒng)地研究了不同成因石墨的晶體化學特征及其對氧化-熱剝離還原過程中結構及性能變化的影響規(guī)律，對實現(xiàn)石墨烯產(chǎn)業(yè)化的原料選擇及應用具有重要的理論價值和實際意義。
　　對我國典型石墨礦山石墨礦物的礦物學特征研究表明，我國產(chǎn)出石墨主要為2H型

2、石墨，同時不同程度地含有3R型多型；晶質與微晶石墨的石墨化度均較高，在后期的地質作用或人工加工改造過程中，可產(chǎn)生由機械作用引入的次生缺陷，進而引入O元素，且晶胞體積隨晶體結構中O元素含量的增加而增大。由于其片徑的差異導致前者的結構穩(wěn)定性、可浮性與導電性均優(yōu)于后者。
　　在對石墨礦物學特征研究的基礎上，選用典型晶質和微晶石墨樣品為原料，采用改進Hummers法制得不同成因石墨的系列氧化石墨，然后采用熱剝離還原氧化石墨制得石墨烯。通過

3、多種分析表征手段，研究了不同成因石墨在氧化-熱剝離還原制備石墨烯過程中的屬性變化過程。結果表明，在氧化-熱剝離還原過程中，兩種類型石墨結構屬性的變化規(guī)律基本一致，制備的石墨烯均為輕質、多孔、高比表面積的多層石墨烯堆疊聚集體材料。在相同的條件下，微晶石墨氧化產(chǎn)物的結構有序度、導電性均始終低于晶質石墨的氧化產(chǎn)物；微晶石墨具有較高的反應活性，比晶質石墨更容易被氧化和被還原；微晶石墨比晶質石墨氧化后含有更多的COOH、C-OH和更少的C-O-C

4、，且微晶氧化石墨可剝離性較差，制備氧化石墨烯的產(chǎn)率較低。氧化石墨烯片徑尺寸減小倍數(shù)與晶質石墨平均尺寸呈正比關系，且隨著晶質石墨原樣粒度增大，氧化石墨烯的產(chǎn)率逐漸下降。隨著石墨氧化程度增加，結構無序度、含氧官能團與制備氧化石墨烯產(chǎn)率逐漸增高（多），π體系共軛程度與導電性逐漸降低；熱剝離還原后膨脹容積、結構無序度逐漸增大，石墨烯堆疊層間距、電阻率逐漸減小；隨著還原程度升高，石墨烯堆疊層間距、含氧官能團與電阻率逐漸減小（少），結構無序度逐漸增

5、高。
　　采用循環(huán)伏安、恒流充放電和電化學阻抗譜測試手段對不同成因石墨制備的石墨烯材料的超級電容性能進行了研究。結果表明，晶質與微晶石墨制備的石墨烯材料均表現(xiàn)為較好的雙電層電容特性。提高石墨氧化程度有助于提高其還原后的比電容，但較高的氧化程度會導致還原的石墨烯材料的導電性變差。在相同的氧化條件下，提高熱剝離還原溫度可增加石墨烯材料的循環(huán)穩(wěn)定性，但比電容隨溫度先增高至最大值后呈下降趨勢。以晶質石墨為原料制備的石墨烯材料的超級電容性能