石墨在氧化還原過程中結(jié)構(gòu)的演變及電學(xué)性能研究.pdf

1、m f n O l 8 s $ i f i e d l n d e x0 7 4 2UD C5 4 8 3S o u t h w e s t U n i v e r s i t yo f S c i e n c e a n d T e c h n o I o g yM a s t e r D e g r e eT h e s i SS t u d y o n t h e S t r u c t u r a I T r a n s f o

2、 r m a t i o na n d E Ie c t r i c a I P r o p e r t i e s o f P r o d u c t sF o r m e db y t h e O x i d a t i o n —R e d u c t i o n o fg r a p h i t eG f a d eC a n d i d a t eA o a d e m i cD e g r e eA p p Ii e df

3、o rS p e o i a I i t yS u p e r v i s o r2 0 0 9H u a n g0 i a oM a s t e rC o n d e n s e dm a t t e r p h y s i c sP r o fS u nH o n g j u a nA p r 1 9 ．2 0 1 2西南科技大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第1 頁摘 要采用氧化還原法制各了石墨烯，井對石墨烯制備過程中各階段產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)變化以

4、及導(dǎo)電性能進(jìn)行研究?；贖 u m m e r s 法t 通過改變工藝因素參數(shù)制各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各了水相條件下穩(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(jìn)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．并通過真空抽濾制各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C A S T E P 軟件模擬計(jì)算石墨、氧化石墨和石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)。通過

5、X R D 、F T I R 、R a m a n 、U v ．v i s 、T G - D T A 、激光粒度分析( L P S A ) 、Z e t a 電位分析、S E M 、A F M 、四探針電阻率測試僅等測試手段對石墨烯制備過程中各階段產(chǎn)物進(jìn)行了表征分析。研究結(jié)果表明，H u m m e i ' s 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(shí)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

6、墨經(jīng)氧化后。結(jié)構(gòu)層鍵舍大量含氧官能團(tuán)，層間距增大．結(jié)構(gòu)層n 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(tuán)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| 捩狀懸浮液，獲得的單層氧化石墨烯厚度在I4n m 左右，橫向尺寸多數(shù)分布在I ～2g m 范圍內(nèi)，在凝聚成膜時(shí)，可通過自

7、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(tuán)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(tuán)的去除，表面n 鍵共軛體系恢復(fù)，導(dǎo)電性能部分恢復(fù)。同時(shí)片層厚度減小至1n m 左右，此時(shí)結(jié)構(gòu)層由于殘存的含氧官能團(tuán)較少．在凝聚成膜過程申不能形成自組裝有序堆垛結(jié)構(gòu)，使得制各的石墨烯薄膜呈