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

《西南科技大學(xué)》 2012年

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

黃橋  

【摘要】：采用氧化還原法制備了石墨烯，并對(duì)石墨烯制備過(guò)程中各階段產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)變化以及導(dǎo)電性能進(jìn)行研究�；贖ummers法，通過(guò)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(guò)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(duì)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(guò)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(jì)算石墨、氧化石墨和石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)。通過(guò)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(cè)試儀等測(cè)試手段對(duì)石墨烯制備過(guò)程中各階段產(chǎn)物進(jìn)行了表征分析。 研究結(jié)果表明，Hummers法制備氧化石墨過(guò)程中，增加高錳酸鉀用量或延長(zhǎng)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；石墨經(jīng)氧化后，結(jié)構(gòu)層鍵合大量含氧官能團(tuán)，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(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(guò)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(shí)，可通過(guò)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(guò)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(guò)程中氧原子的嵌入與脫失對(duì)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π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1nm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(guò)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(jià)帶和導(dǎo)帶在費(fèi)米能級(jí)處發(fā)生接觸，呈半金屬性；含氧基團(tuán)中的O2p軌道電子與石墨烯在費(fèi)米能附近處價(jià)帶中的部分C2p軌道電子成鍵，導(dǎo)致費(fèi)米能級(jí)附近價(jià)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(tuán)移除，導(dǎo)致原本在費(fèi)米能級(jí)附近與O2p態(tài)成鍵的部分C2p態(tài)向費(fèi)米能級(jí)移動(dòng)，離域化π電子恢復(fù)，使得C_8OH化學(xué)轉(zhuǎn)變石墨烯模型具有相對(duì)較小的帶隙寬度。 本論文的研究揭示了石墨烯制備過(guò)程中制備工藝、產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)變化規(guī)律與電學(xué)性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，，對(duì)于氧化石墨和石墨烯制備方法的選擇、過(guò)程的控制及性能的可控性設(shè)計(jì)都具有重要的理論和實(shí)際意義。

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

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【引證文獻(xiàn)】

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2 劉云圻;;石墨烯的制備與電性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第4分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

3 黃赟赟;陳旭東;章明秋;;石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料的制備研究[A];2011年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2011年

4 康飛宇;白東軍;;碳化硅分解石墨的結(jié)構(gòu)與形態(tài)[A];中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)首屆青年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（工科分冊(cè)·上冊(cè)）[C];1992年

5 趙曉文;葉林;;聚甲醛/石墨導(dǎo)熱納米復(fù)合材料研究[A];2007年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集（下冊(cè)）[C];2007年

6 姚寧;邢宏偉;穆慧慧;常立紅;崔娜娜;王英儉;張兵臨;;石墨緩沖層對(duì)有機(jī)電致發(fā)光器件性能的影響[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第2分冊(cè)）[C];2010年

7 鄭轍;田連弟;;煤基石墨的高分辨電子顯微象的研究[A];第六次全國(guó)電子顯微學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];1990年

8 張艷;劉旭光;許并社;;熱處理制備Cr_2O_3-石墨插層化合物的研究[A];第九次全國(guó)熱處理大會(huì)論文集（二）[C];2007年

9 潘國(guó)梁;郭強(qiáng);丁劍;汪曉明;賀志強(qiáng);張衛(wèi)東;;石墨/環(huán)氧樹脂兩相體系導(dǎo)電涂層結(jié)構(gòu)與摩擦學(xué)特性研究[A];第八屆全國(guó)摩擦學(xué)大會(huì)論文集[C];2007年

10 石常磊;杜小利;謝昭;苗小濤;;清掃上升管石墨工具的改造[A];河南省冶金企業(yè)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策研討會(huì)——暨技術(shù)經(jīng)濟(jì)年會(huì)論文集[C];2006年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 記者　 王心見;[N];科技日?qǐng)?bào);2006年

2 肥鄉(xiāng)縣毛演堡鄉(xiāng)東長(zhǎng)橋村 靳愛民;[N];河北科技報(bào);2003年

3 天津 呂建剛 盛方華;[N];電子報(bào);2008年

4 湖南辰州家電維修部 宋芝生;[N];電子報(bào);2002年

5 廣西 陳功任;[N];電子報(bào);2008年

6 浙江 錢立群;[N];電子報(bào);2007年

7 湖南 劉德勝;[N];電子報(bào);2004年

8 本報(bào)記者 李好宇;[N];電腦報(bào);2010年

9 周渝;[N];中國(guó)證券報(bào);2008年

10 本報(bào)記者 馬文方;[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2010年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 馮紅彬;石墨烯及其復(fù)合材料的制備、性質(zhì)及應(yīng)用研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

2 康朝陽(yáng);碳化硅、藍(lán)寶石與銅箔表面石墨烯的生長(zhǎng)和表征研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

3 劉曉潔;金屬與石墨烯的相互作用以及分子團(tuán)簇的理論計(jì)算研究[D];吉林大學(xué);2011年

4 張永輝;石墨烯納米器件的設(shè)計(jì)與性質(zhì)研究[D];蘭州大學(xué);2010年

5 王彥;石墨烯的制備及其在聚合物復(fù)合材料中的應(yīng)用[D];上海交通大學(xué);2012年

6 李彩霞;石墨烯及其組裝材料的制備與表征[D];華東師范大學(xué);2013年

7 何光裕;石墨烯無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)及性能調(diào)控[D];南京理工大學(xué);2013年

8 楊麗;FeCl_3-NiCl_2-GICs及其還原產(chǎn)物的制備與微波吸收性能研究[D];湖南大學(xué);2012年

9 朱純章;納米材料和器件物理力學(xué)性能的一些分子動(dòng)力學(xué)研究[D];南京航空航天大學(xué);2007年

10 廖清;石墨烯及其相關(guān)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)和性質(zhì)研究[D];浙江大學(xué);2011年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 呂鵬;石墨烯的大面積合成、轉(zhuǎn)移及基于石墨烯光電器件的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2013年

2 彭進(jìn)明;基底對(duì)物理法制備石墨烯形貌的影響研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

3 索南昂毛;小分子與石墨烯間堆垛作用的理論研究[D];吉林大學(xué);2013年

4 黃奎;大面積高質(zhì)量石墨烯的制備與表征[D];蘇州大學(xué);2013年

5 鄧鵬飛;碳化硅外延石墨烯工藝探討及石墨烯微觀摩擦學(xué)性能研究[D];西安電子科技大學(xué);2013年

6 邵瑞強(qiáng);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(xué);2013年

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

8 郭書鵬;石墨烯表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)的探究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);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(xué);2010年

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

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

本文編號(hào)：201272