石墨烯及其復合材料的制備、性質及應用研究.pdf

1、石墨烯是一種二維納米材料，僅由一個原子層厚的單層石墨片構成。這種材料潛力巨大，集多種優(yōu)異特性于一身，具有超強的導電、導熱性能及機械強度，超高的載流子遷移率、透光性及巨大的比表面積。在很多方面，比如透明導電薄膜、電子器件、能源存儲、催化、生物醫(yī)藥等展現(xiàn)出巨大的應用前景。本論文從合成、性質、應用等出發(fā)，開展了還原石墨烯及其薄膜的低溫制備、非氧化直接剝離石墨、制備石墨烯復合凝膠及纖維等工作，具體研究內容和結果如下:
　　 采用鈉-氨溶

2、液低溫還原方式，實現(xiàn)了氧化石墨烯及其薄膜的高效還原。金屬鈉在液氨中產(chǎn)生高活性的溶劑電子可以有效消除含氧基團、恢復π共軛結構，石墨烯含氧量只有5.6 wt％，單層石墨烯的遷移率高達123 cm2V/s。利用紅外光譜考察了氧化石墨烯的含氧官能團在不同還原時間的演變，并推測了電子還原的反應機制。通過直接溶液浸泡的方式，制備了石墨烯透明導電薄膜，過程只要幾分鐘，在80％透光率下，其平面膜阻只有350Ω/平方。還制備了石墨烯-碳納米管復合薄膜。制

3、備了基于還原石墨烯的超電容，比電容達263 F/g。利用還原石墨烯負載鉑作為甲醇催化的催化劑，發(fā)現(xiàn)其催化效果明顯增強。
　　 借助研磨過程，金屬鈉“引爆”插入石墨層間的硫酸分子，產(chǎn)生迅速而猛烈的化學能釋放，可以實現(xiàn)石墨的直接剝離。它不經(jīng)過氧化-還原過程從而保證其高質量。原子力顯微鏡和高分辨電鏡可以證明成功制備出了單層石墨烯，通過衍射斑點可以證明石墨烯的結晶性很好，晶格完美。紅外、拉曼、電子能譜顯示石墨烯的氧化程度很低、缺陷少，具

4、有高品質。利用剝離石墨烯制備了透明導電薄膜，其透光率85％，膜阻～760Ω/square。還制備了石墨烯基超電容，其比電容值為120 F/g。利用高品質的石墨烯作為負載貴金屬Pt納米顆粒的載體，進行催化甲醇氧化的實驗，顯示了很好的催化活性和抗碳質殘余物的沉積的能力。此外，還實現(xiàn)了利用金屬鈉的氣氛對石墨的直接剝離。
　　 通過對氧化石墨烯和聚乙烯醇混合物的直接化學還原，制備了石墨烯-聚乙烯醇復合凝膠，改進了石墨烯的分散性，提高了其