本文選題：氧化石墨 + 石墨烯��； 參考：《北京化工大學》2016年博士論文

【摘要】：作為21世紀最有前途的材料之一,石墨烯具有非常穩(wěn)定的結構、高的載流子遷移率、高導電和導熱性、超強的機械性能、高的比表面積和很好的光學透過率等優(yōu)異的物理化學性質(zhì),在電子、航天、光學、能源、環(huán)境、新材料等眾多傳統(tǒng)和新興領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。雖然石墨烯具有很多優(yōu)異的物理化學性能,但是當大量單層石墨烯聚集在一起時,很容易因為片層間的強π-π堆疊力和強范德華力作用而發(fā)生不可逆團聚,所以石墨烯很難在溶劑中穩(wěn)定分散,這極大地限制了其應用。此外,石墨烯的規(guī)�；苽溥�存在很多困難,探索大規(guī)模、低成本、高質(zhì)量、尺寸均一可控地制備石墨烯的方法對于石墨烯的應用具有非常重要的意義。針對以上問題,本論文主要研究內(nèi)容如下：1.紅鋁還原制備RGO和RGO/Al(OH)3復合材料。首次使用紅鋁作為氧化石墨(Graphite Oxide, GO)的還原劑和Al(OH)3的前驅(qū)體,通過選擇不同的后處理方法,可以選擇性地獲得還原氧化石墨烯(Reduced Graphene Oxide, RGO)和RGO/A1(OH)3的復合材料。使用XRD、FT-IR、 Raman、XPS、HRTEM、SAED對產(chǎn)物的結構和形貌進行了分析。研究發(fā)現(xiàn)紅鋁移除了GO表面大量的含氧官能團,RGO的C/O為9.0,電導率為99 S/cm,較GO提高了5個數(shù)量級。研究結果還表明：A1(OH)3以平均直徑為200 nm的圓薄片形式均勻地吸附于RGO片表面或填充于RGO片層之間而形成均一的RGO/Al(OH)3復合材料。最后討論了可能的脫氧和Al(OH)3形成的機理。該方法不僅提供了一種新的還原氧化石墨烯的還原劑,同時也提供了一條制備RGO/Al(OH)3復合材料的新路徑。2.超重力法紅鋁還原制備石墨烯。將快速和高效的紅鋁還原反應和超重力旋轉床(Rotating packed bed, RPB)相結合開發(fā)出一條簡單且有效的可規(guī)�；苽銻GO的方法。在該工作中,使用超重力旋轉床作為反應裝置,紅鋁作為還原劑,采用鹽酸洗滌的后處理工藝來規(guī)模化制備RGO。將超重力旋轉床制備得到的石墨烯(RPB-RGO)與機械攪拌裝置(Stirred Tank Reactor, STR)得到的產(chǎn)品(STR-RGO)進行了對比,并使用XRD、 FT-IR、TGA、Raman、SEM和CV (Cyclic Voltammetry, CV)對得到的產(chǎn)物的結構、形貌和電學性能進行了表征。研究發(fā)現(xiàn)RPB中的還原反應較STR裝置中的更徹底。CV研究結果表明當掃描速率從10 mV/s到100mV/s變化時,RPB-RGO制備的電極的比電容從1 8.3 F/g增加到43 F/g,而STR-RGO的比電容從12.7 F/g增加到28.5 F/g。該方法提供了一條有效且可規(guī)模制備RGO的方法。3.邊緣氧化石墨烯及其水相分散液的制備與應用研究。本研究通過降低KMnO4的用量和減少氧化時間制備得到邊緣被含氧基團功能化而碳基底平面sp2雜化結構未被破壞的邊緣氧化石墨(Edge-oxidized graphite, EOG)。使用膽酸鈉(sodium cholate, SC)作為穩(wěn)定劑,對EOG進行超聲制備得到濃度為0.59 mg/ml的邊緣氧化石墨烯(edge-oxidized graphene nanosheets, EOGNs)的水相分散液,該分散液在室溫下放置六個月而不發(fā)生沉降。將該穩(wěn)定的EOGNs水相分散液用于制備透明導電薄膜,其透過率為87.6%(550 nm)時的電導率為26.4 kΩ/□。此外,研究發(fā)現(xiàn)EOG較GO可分散的溶劑更多,擴大了其應用范圍。該方法使得規(guī)模制備低缺陷石墨烯分散液成為可能。4.石墨烯及其有機相分散液的制備與應用研究。將濃HN03預處理的石墨(NG)作為起始原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為穩(wěn)定劑,草酸和NaCl作為插層劑,采用水熱插層剝離NG的PVP+草酸+NaCl的水溶液,洗滌之后在待測有機試劑中超聲、離心得到穩(wěn)定的有機相石墨烯分散液。優(yōu)化了水熱剝離工藝,發(fā)現(xiàn)水熱溫度為240℃,水熱時間為12 h時,剝離效果最優(yōu)。采用真空抽濾法,將乙醇相石墨烯分散液用于制備石墨烯透明導電薄膜,其透過率為81.2%(550 nm)時的電導率為28.0 kΩ%。最后討論了可能的水熱剝離NG的機理。該方法為石墨烯應用于石墨烯基復合材料提供了很好的前驅(qū)體材料。
[Abstract]:As one of the most promising materials of the twenty-first Century, graphene has a very stable structure, high carrier mobility, high conductivity and thermal conductivity, super mechanical properties, high specific surface area and excellent optical transmittance, and other excellent physical and chemical properties, such as electronic, spaceflight, optics, energy, environment, new materials and many other traditional and emerging leaders. Although graphene has many excellent physical and chemical properties, graphene has many excellent physical and chemical properties, but when a large number of monolayer graphene is gathered together, it is very easy to have irreversible reunion because of the strong pion pion stacking force and Jon Vander Ed Ley action between the layers. So graphene is difficult to disperse in the solvent. This is very limited. In addition, there are still many difficulties in the large-scale preparation of graphene. It is very important for the application of graphene to be prepared on a large scale, low cost, high quality, uniform size and controllable preparation of graphene. In this paper, the main contents of this paper are as follows: 1. RGO and RGO/Al (OH) 3 composites are prepared by the reduction of red aluminum. Material. Using red aluminum as a precursor of Graphite Oxide (GO) and Al (OH) 3 for the first time, by selecting different post-processing methods, the compound of reductive graphene oxide (Reduced Graphene Oxide, RGO) and RGO/A1 (OH) 3 can be selectively obtained. The morphology was analyzed. It was found that the red aluminum moved in addition to a large number of oxygen functional groups on the GO surface, and the C/O of RGO was 9 and the conductivity was 99 S/cm, and 5 orders of magnitude higher than that of GO. The results also showed that A1 (OH) 3 was evenly adsorbed on the surface of RGO slices or filled between RGO lamellae with an average diameter of 200 nm. L (OH) 3 composite. Finally, the possible mechanism of deoxidization and the formation of Al (OH) 3 is discussed. This method not only provides a new reducing agent for the reduction of graphene oxide, but also provides a new route for preparing RGO/Al (OH) 3 Composite by.2. supergravity method of red aluminum reduction and preparation of graphene. A simple and effective method for preparing RGO by Rotating packed bed (RPB) is developed. In this work, a super gravity rotating bed is used as a reaction device, and red aluminum is used as a reducing agent, and the post-processing technology of hydrochloric acid washing is used to prepare RGO. to prepare the graphene prepared by a super gravity rotating bed. RPB-RGO) compared with the product (STR-RGO) obtained by the mechanical agitation device (Stirred Tank Reactor, STR), and used XRD, FT-IR, TGA, Raman, SEM and CV to characterize the structure, morphology and electrical properties of the obtained products. It is shown that when the scanning rate changes from 10 mV/s to 100mV/s, the specific capacitance of the electrodes prepared by RPB-RGO increases from 18.3 F/g to 43 F/g, while the specific capacitance of STR-RGO increases from 12.7 F/g to 28.5 F/g.. The method provides an effective and scalable method for preparing RGO, the preparation and application of.3. marginal graphene oxide and its aqueous dispersions. By reducing the amount of KMnO4 and reducing the oxidation time, the marginal oxide graphite (Edge-oxidized graphite, EOG), which was not destroyed by the carbon base plane SP2 hybrid structure, was obtained by the functionalization of the oxygen group on the edge. Using sodium cholate (sodium cholate, SC) as a stabilizer, the concentration of 0.59 mg/ml was obtained by ultrasonic preparation of EOG. The aqueous dispersions associated with edge-oxidized graphene nanosheets (EOGNs) are placed at room temperature for six months without settling. The stable EOGNs aqueous dispersions are used to prepare transparent conductive films. The conductivity of the transparent conductive film is 26.4 K OMEGA / h when the transmission rate is 87.6% (550 nm). Furthermore, it is found that EOG is more dispersible than GO. The preparation and application of.4. graphite (NG) as starting material, polyvinylpyrrolidone (PVP) as a stabilizer, oxalic acid and NaCl as intercalating agent, and using water as intercalating agent, are used as a intercalating agent. The aqueous solution of NG PVP+ oxalic acid +NaCl was stripped by thermal intercalation. After washing, the stable organic phase graphene dispersions were obtained by centrifugation in the organic reagent after washing. The hydrothermal stripping process was optimized. The optimum stripping effect was found when the hydrothermal temperature was 240 C and the hydrothermal time was 12 h. The vacuum extraction method was used to make the ethanol phase graphene dispersions used in the preparation. The conductivities of the transparent conductive graphene films with the conductivity of 81.2% (550 nm) are 28 K Omega%. Finally, the possible mechanism of the possible hydrothermal dissection of NG is discussed. This method provides a good precursor material for graphene based composite materials used in graphene.

【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 ;科學家首次用納米管制造出石墨烯帶[J];電子元件與材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列進展[J];高科技與產(chǎn)業(yè)化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本開發(fā)出在藍寶石底板上制備石墨烯的技術[J];硅酸鹽通報;2009年04期

5 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進展[J];現(xiàn)代物理知識;2009年04期

6 傅強;包信和;;石墨烯的化學研究進展[J];科學通報;2009年18期

7 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進展[J];電子元件與材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進展[J];化學進展;2009年12期

9 張偉娜;何偉;張新荔;;石墨烯的制備方法及其應用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 萬勇;馬廷燦;馮瑞華;黃健;潘懿;;石墨烯國際發(fā)展態(tài)勢分析[J];科學觀察;2010年03期

相關會議論文 前10條

1 成會明;;石墨烯的制備與應用探索[A];中國力學學會學術大會'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質(zhì)量石墨烯及其功能化[A];中國化學會第27屆學術年會第04分會場摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂;;石墨烯制備技術與應用研究的最新進展[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第3分冊）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第7分冊）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學最新進展研討會——暨第十屆全國顆粒制備與處理研討會論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國青年摩擦學與表面工程學術會議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實;;樹枝狀結構功能化石墨烯[A];2011年全國高分子學術論文報告會論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無機石墨烯材料:計算與實驗的結合[A];中國化學會第28屆學術年會第4分會場摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學修飾及尺寸效應研究[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

相關重要報紙文章 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進展[N];中國化工報;2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日報;2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報記者 李好宇 張們捷(實習) 特約記者 李季;石墨烯未來應用的十大猜想[N];電腦報;2010年

5 證券時報記者 向南;石墨烯貴過黃金15倍 生產(chǎn)不易炒作先行[N];證券時報;2010年

6 本報特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結緣諾貝爾獎[N];計算機世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];泰州日報;2010年

8 本報記者 紀愛玲;石墨烯：市場未啟 炒作先行[N];中國高新技術產(chǎn)業(yè)導報;2011年

9 周科競;再說石墨烯的是與非[N];北京商報;2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日報;2011年

相關博士學位論文 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應[D];中國科學技術大學;2011年

2 羅大超;化學修飾石墨烯的分離與評價[D];北京化工大學;2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學;2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復機理的理論研究[D];吉林大學;2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學應用研究[D];清華大學;2013年

6 姜麗麗;石墨烯及其復合薄膜在電極材料中的研究[D];西南交通大學;2015年

7 姚成立;多級結構石墨烯/無機非金屬復合材料的仿生合成及機理研究[D];安徽大學;2015年

8 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學;2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計算研究[D];武漢大學;2014年

10 王義;石墨烯的模板導向制備及在電化學儲能和腫瘤靶向診療方面的應用[D];復旦大學;2014年

相關碩士學位論文 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動力學模擬研究[D];西安電子科技大學;2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結構及其對電化學性能的影響[D];北京化工大學;2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學;2011年

4 蔡宇凱;一種新型結構的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學;2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學效應研究[D];蘇州大學;2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應的研究[D];華南理工大學;2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動分析[D];南京航空航天大學;2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學;2012年

9 于金海;石墨烯的非共價功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學;2013年

，

本文編號：1858913