本文關(guān)鍵詞：石墨在氧化還原過程中結(jié)構(gòu)的演變及電學性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《西南科技大學》 2012年

石墨在氧化還原過程中結(jié)構(gòu)的演變及電學性能研究

黃橋  

【摘要】：采用氧化還原法制備了石墨烯，并對石墨烯制備過程中各階段產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)變化以及導(dǎo)電性能進行研究�；贖ummers法，通過改變工藝因素參數(shù)制備不同氧化程度的氧化石墨；氧化石墨通過超聲剝離和高速離心處理制備了水相條件下穩(wěn)定分散的氧化石墨烯懸浮液；采用水合肼作為還原劑分別對氧化石墨和氧化石墨烯進行還原，獲得了具有不同結(jié)構(gòu)屬性的氧化石墨還原產(chǎn)物以及石墨烯產(chǎn)物，并通過真空抽濾制備了氧化石墨烯薄膜和石墨烯薄膜；采用基于密度泛函理論的CASTEP軟件模擬計算石墨、氧化石墨和石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)。通過XRD、FTIR、Raman、UV-vis、TG-DTA、激光粒度分析（LPSA）、Zeta電位分析、SEM、AFM、四探針電阻率測試儀等測試手段對石墨烯制備過程中各階段產(chǎn)物進行了表征分析。 研究結(jié)果表明，Hummers法制備氧化石墨過程中，增加高錳酸鉀用量或延長中溫階段的反應(yīng)時間有利于石墨的插層氧化，形成較高氧化程度的氧化石墨產(chǎn)物；石墨經(jīng)氧化后，結(jié)構(gòu)層鍵合大量含氧官能團，層間距增大，結(jié)構(gòu)層π鍵共軛體系遭破壞，基本喪失導(dǎo)電性能；隨氧化程度的增加，氧化石墨產(chǎn)物的“插層氧化”逐漸趨于完全，結(jié)構(gòu)中的含氧官能團含量逐漸增加，產(chǎn)物熱穩(wěn)定性越差，導(dǎo)電性能越弱；氧化程度越高的氧化石墨在純水或堿性中的剝離分散性越好，通過超聲剝離和離心處理可形成穩(wěn)定的氧化石墨烯膠狀懸浮液，獲得的單層氧化石墨烯厚度在1.4nm左右，橫向尺寸多數(shù)分布在1~2μm范圍內(nèi)，在凝聚成膜時，可通過自組裝形成與氧化石墨結(jié)構(gòu)特征相似的有序?qū)訝疃询B結(jié)構(gòu)；在還原過程中，由于結(jié)構(gòu)層含氧基團的不完全去除，以及氧化-還原過程中氧原子的嵌入與脫失對碳層平面造成的破壞，導(dǎo)致未剝離完全的氧化石墨經(jīng)還原后產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)層之間形成“類石墨相”結(jié)構(gòu)；氧化石墨烯經(jīng)還原后，含氧基團的去除，表面π鍵共軛體系恢復(fù)，導(dǎo)電性能部分恢復(fù)，同時片層厚度減小至1nm左右，此時結(jié)構(gòu)層由于殘存的含氧官能團較少，在凝聚成膜過程中不能形成自組裝有序堆垛結(jié)構(gòu)，使得制備的石墨烯薄膜呈非晶狀態(tài)；石墨烯和石墨的價帶和導(dǎo)帶在費米能級處發(fā)生接觸，呈半金屬性；含氧基團中的O2p軌道電子與石墨烯在費米能附近處價帶中的部分C2p軌道電子成鍵，導(dǎo)致費米能級附近價帶電子態(tài)削弱，使得C8O2(OH)2氧化石墨模型產(chǎn)生較寬的帶隙；含氧基團移除，導(dǎo)致原本在費米能級附近與O2p態(tài)成鍵的部分C2p態(tài)向費米能級移動，離域化π電子恢復(fù)，使得C_8OH化學轉(zhuǎn)變石墨烯模型具有相對較小的帶隙寬度。 本論文的研究揭示了石墨烯制備過程中制備工藝、產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)變化規(guī)律與電學性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，，對于氧化石墨和石墨烯制備方法的選擇、過程的控制及性能的可控性設(shè)計都具有重要的理論和實際意義。

【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：西南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：O613.71
【目錄】：

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6 邵瑞強;石墨烯氧化物的光還原以及其器件制備的基礎(chǔ)研究[D];吉林大學;2013年

7 李婷;缺陷對雙層石墨烯電子結(jié)構(gòu)與力學性能的影響[D];湘潭大學;2011年

8 郭書鵬;石墨烯表面增強拉曼散射效應(yīng)的探究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

9 邊雯雯;石墨烯基金屬和金屬氧化物材料制備與催化性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

10 王博琳;銅鎳合金為襯底化學氣相沉積法制備石墨烯研究[D];南京郵電大學;2012年

  本文關(guān)鍵詞：石墨在氧化還原過程中結(jié)構(gòu)的演變及電學性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：201272