發(fā)布時(shí)間：2021-04-02 02:45

　　石墨烯具有獨(dú)特的單原子厚度二維平面結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)性質(zhì),在場(chǎng)發(fā)射晶體管、傳感器、透明導(dǎo)電薄膜、電化學(xué)儲(chǔ)能等領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用前景。改進(jìn)的Hummers法是最具潛力的石墨烯規(guī)模化制備方法,但此過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染、分離繁瑣、原料浪費(fèi)等問題是限制其廣泛應(yīng)用的重要瓶頸。基于“原子經(jīng)濟(jì)性”合成原則,探索石墨烯及其復(fù)合物的低成本、綠色環(huán)保合成方法對(duì)其應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本論文從Hummers法制備氧化石墨烯（GO）的中間產(chǎn)物—氧化石墨烯/MnSO4 （GO/MnSO4）懸濁液出發(fā),利用共沉淀、熱還原、水熱反應(yīng)等技術(shù)方法,制備了一系列宏／微觀結(jié)構(gòu)可控的石墨烯/MnOx復(fù)合結(jié)構(gòu),并對(duì)其作為超級(jí)電容器和鋰離子電池電極材料的儲(chǔ)能性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究；并研究石墨烯載硫復(fù)合體系的可控制備及其作為鋰硫電池正極材料的性能。主要研究結(jié)果如下：（1）以催化石墨化的太西無煙煤為前驅(qū)體,采用改進(jìn)的Hummers法氧化插層制備煤基氧化石墨烯懸濁液（CDGO/MnSO4）,并以其為前驅(qū)體,采用KOH和肼分別為沉淀劑和還原劑,原位制備了煤基石墨烯Mn3O4 （RCDGO/Mn3O4）復(fù)合結(jié)構(gòu),同時(shí)得到副... 

【文章來源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：137 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．?２?（ａ）用氧等離子在高定向石墨表面刻油出的石墨島陣列；??ｂ）為２００?ｎｍ的石ｃ等高的石墨島［”］??

維晶體的表面起伏會(huì)破壞其長(zhǎng)程有序ｔｉｅ］，但是實(shí)驗(yàn)制備的石墨稀在透射電子顯微鏡下發(fā)??現(xiàn)其存在大量波紋結(jié)構(gòu)，振幅大約為ｌｎｍ［ｉ２，ｉ３］，因此，無論是獨(dú)立存在的石墨稀還是沉??積在基底上的石墨煉都不是一個(gè)百分之百的平整完美平面（如圖１．３）。石墨煉就是通過??表面形成的褶皺或吸附其他分子來維持自身的穩(wěn)定性，納米量級(jí)的表面微觀粗糙程度可??能是二維晶體具有較好穩(wěn)定性的根本原因。??，、代■ｕｙＯ、?０．０?ｉｍ?３００?－ｔａｏ?ｍ?ｍｉ?ｙ＆．＆?ｒｎｄ?ｍ．０??圖１．３石墨插的表面起伏［１２?１３］?、??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｈｅ?ｆｏｄｉｎｇ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｇｒａｐｈｅｎｅ＇＇＾＇??ｆ??１．２石墨稀的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)??石墨稀是由單層碳原子緊密堆積而成的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)，每一個(gè)碳原子通過??ｓｐ２雜化軌道以“頭碰頭”的方式周圍其它三個(gè)碳原子以ＣＪ鍵相連構(gòu)成正六邊形，碳－碳鍵??長(zhǎng)為０．１４２?ｎｍ?（如圖１．１４），而每一個(gè)碳原子剩余的ｐ電子通過“肩并肩”的方式形成了??一個(gè)垂直于晶面方向大７１鍵。單層石墨稀厚度約為０．３５?ｎｍ。正是由于這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)??賦予了石墨煉獨(dú)特的性質(zhì)。??１、超局的強(qiáng)度??由于石墨煉平面內(nèi)形成的Ｇ鍵具有超高的鍵能，使得石墨烯具有超高的強(qiáng)度，單層??石墨稀的斷裂強(qiáng)度能夠達(dá)到４２?Ｎ?ｍ＂＇，而與其相同厚度的鋼的斷裂強(qiáng)度為０．０８４－０．４?Ｎ??ｍ＿ｉ

３、超大的理論比表面積??石墨稀單原子厚度的結(jié)構(gòu)使得其中的碳原子能夠完全暴露，使其具有超大的理論比??表面積。根據(jù)石墨煉中每一個(gè)碳原子組成的正六邊形的邊長(zhǎng)為０．１４２?ｎｍ?（如圖１．４），且??該六邊形中含有兩個(gè)完整的碳原子，再根據(jù)每個(gè)碳原子的質(zhì)量約為１．９９３Ｘ１０＿２３?ｇ則可??計(jì)算石墨條的理論比表面積為２６００ｍ２ｇ－ｉ［ｉ６］，該比表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它炭材料的比表面??積。??４、優(yōu)異的導(dǎo)熱性??石墨煉的熱導(dǎo)率可以達(dá)到５０００Ｗｍ＿ｉＫ－＿，而金屬銅的熱導(dǎo)率為４０１?ＷｍｆｉＫ－ｉ，二??者相差十倍。??５、良好的透光率??石墨煉具有良好的透光率，石墨煉可以讓約９７．７％的可見光透過［１８］。??此外，石墨煤還具有半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)［１９］等性質(zhì)。石墨煉一系列的納米結(jié)構(gòu)特性??賦予了石墨煤優(yōu)異的物理、化學(xué)性能，使其在許多領(lǐng)域具有應(yīng)用的潛力。??０．１４２?ｎｍ??ｇｇ??圖１．４石墨燒的六邊形結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇ．?１．４?Ｈｅｘａｇｏｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｅ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ??１．３石墨稀的應(yīng)用??石墨煉獨(dú)特單原子厚度的二維平面結(jié)構(gòu)，賦予了石墨煤優(yōu)異的性質(zhì)，這些性質(zhì)使得??石墨稀廣泛應(yīng)用于電子、半導(dǎo)體、傳感器、氣體吸附劑、光學(xué)器件、儲(chǔ)能等諸多領(lǐng)域

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]石墨烯基宏觀體:制備、性質(zhì)及潛在應(yīng)用[J]. 張麗芳,魏偉,呂偉,邵姣婧,杜鴻達(dá),楊全紅.  新型炭材料. 2013(03)
[2]氧化銅/石墨烯的制備及其電化學(xué)性能[J]. 丁翔,黃正宏,沈萬慈,康飛宇.  新型炭材料. 2013(03)



本文編號(hào)：3114441