本文關(guān)鍵詞：不同成因石墨的晶體化學(xué)特征及對(duì)石墨烯的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：基于我國(guó)石墨礦產(chǎn)資源豐富,礦石種類齊全,產(chǎn)出有晶質(zhì)和微晶兩種,且石墨可作為規(guī)模化制備石墨烯的天然原料,本論文以研究不同地質(zhì)成因石墨的礦物學(xué)特征為基礎(chǔ),通過(guò)氧化-還原法制得還原氧化石墨烯(簡(jiǎn)稱石墨烯),系統(tǒng)地研究了不同成因石墨的晶體化學(xué)特征及其對(duì)氧化-熱剝離還原過(guò)程中結(jié)構(gòu)及性能變化的影響規(guī)律,對(duì)實(shí)現(xiàn)石墨烯產(chǎn)業(yè)化的原料選擇及應(yīng)用具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。對(duì)我國(guó)典型石墨礦山石墨礦物的礦物學(xué)特征研究表明,我國(guó)產(chǎn)出石墨主要為2H型石墨,同時(shí)不同程度地含有3R型多型;晶質(zhì)與微晶石墨的石墨化度均較高,在后期的地質(zhì)作用或人工加工改造過(guò)程中,可產(chǎn)生由機(jī)械作用引入的次生缺陷,進(jìn)而引入O元素,且晶胞體積隨晶體結(jié)構(gòu)中O元素含量的增加而增大。由于其片徑的差異導(dǎo)致前者的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、可浮性與導(dǎo)電性均優(yōu)于后者。在對(duì)石墨礦物學(xué)特征研究的基礎(chǔ)上,選用典型晶質(zhì)和微晶石墨樣品為原料,采用改進(jìn)Hummers法制得不同成因石墨的系列氧化石墨,然后采用熱剝離還原氧化石墨制得石墨烯。通過(guò)多種分析表征手段,研究了不同成因石墨在氧化-熱剝離還原制備石墨烯過(guò)程中的屬性變化過(guò)程。結(jié)果表明,在氧化-熱剝離還原過(guò)程中,兩種類型石墨結(jié)構(gòu)屬性的變化規(guī)律基本一致,制備的石墨烯均為輕質(zhì)、多孔、高比表面積的多層石墨烯堆疊聚集體材料。在相同的條件下,微晶石墨氧化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)有序度、導(dǎo)電性均始終低于晶質(zhì)石墨的氧化產(chǎn)物;微晶石墨具有較高的反應(yīng)活性,比晶質(zhì)石墨更容易被氧化和被還原;微晶石墨比晶質(zhì)石墨氧化后含有更多的COOH、C-OH和更少的C-O-C,且微晶氧化石墨可剝離性較差,制備氧化石墨烯的產(chǎn)率較低。氧化石墨烯片徑尺寸減小倍數(shù)與晶質(zhì)石墨平均尺寸呈正比關(guān)系,且隨著晶質(zhì)石墨原樣粒度增大,氧化石墨烯的產(chǎn)率逐漸下降。隨著石墨氧化程度增加,結(jié)構(gòu)無(wú)序度、含氧官能團(tuán)與制備氧化石墨烯產(chǎn)率逐漸增高(多),π體系共軛程度與導(dǎo)電性逐漸降低;熱剝離還原后膨脹容積、結(jié)構(gòu)無(wú)序度逐漸增大,石墨烯堆疊層間距、電阻率逐漸減小;隨著還原程度升高,石墨烯堆疊層間距、含氧官能團(tuán)與電阻率逐漸減小(少),結(jié)構(gòu)無(wú)序度逐漸增高。采用循環(huán)伏安、恒流充放電和電化學(xué)阻抗譜測(cè)試手段對(duì)不同成因石墨制備的石墨烯材料的超級(jí)電容性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,晶質(zhì)與微晶石墨制備的石墨烯材料均表現(xiàn)為較好的雙電層電容特性。提高石墨氧化程度有助于提高其還原后的比電容,但較高的氧化程度會(huì)導(dǎo)致還原的石墨烯材料的導(dǎo)電性變差。在相同的氧化條件下,提高熱剝離還原溫度可增加石墨烯材料的循環(huán)穩(wěn)定性,但比電容隨溫度先增高至最大值后呈下降趨勢(shì)。以晶質(zhì)石墨為原料制備的石墨烯材料的超級(jí)電容性能略優(yōu)于以微晶石墨為原料制備的石墨烯的超級(jí)電容性能。通過(guò)制備的石墨烯對(duì)亞甲基藍(lán)(MB)的吸附實(shí)驗(yàn)研究了石墨烯的吸附性能。結(jié)果表明,石墨烯對(duì)MB的吸附反應(yīng)為自發(fā)進(jìn)行的吸熱反應(yīng),吸附作用力來(lái)自于石墨烯和MB分子中的π-π共軛作用。吸附量受初始濃度等多個(gè)因素影響。晶質(zhì)石墨制備的石墨烯對(duì)MB的吸附量小于微晶石墨制備的石墨烯,且后者的初始吸附速率大于前者。
【關(guān)鍵詞】：石墨 晶體化學(xué) 石墨烯 超級(jí)電容 吸附
【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】：2015
【分類號(hào)】：O613.71;P573
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-24
• 1.1 立題背景與立題思想12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-19
• 1.2.1 石墨的成因分類12-13
• 1.2.2 石墨的礦物學(xué)研究13-14
• 1.2.3 石墨烯的制備研究14-19
• 1.3 課題來(lái)源及選題意義19
• 1.4 研究?jī)?nèi)容與研究目標(biāo)19-20
• 1.4.1 研究?jī)?nèi)容19-20
• 1.4.2 研究目標(biāo)20
• 1.5 研究技術(shù)路線20-21
• 1.6 主要研究成果21-22
• 1.7 特色與創(chuàng)新點(diǎn)22
• 1.8 主要工作量22-24
• 2 石墨的礦物學(xué)特征研究24-42
• 2.1 樣品采集與表征方法24-25
• 2.1.1 樣品采集24
• 2.1.2 表征方法24-25
• 2.2 顯微形貌、結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成特征25-31
• 2.2.1 顯微形貌與能譜分析25-28
• 2.2.2 顯微結(jié)構(gòu)與電子衍射分析28-30
• 2.2.3 光電子能譜元素分析與結(jié)合能30-31
• 2.3 晶體結(jié)構(gòu)特征31-37
• 2.3.1 晶胞參數(shù)31-32
• 2.3.2 石墨化度與 3R多型含量32-36
• 2.3.3 結(jié)構(gòu)缺陷與無(wú)序度36-37
• 2.4 物理化學(xué)性質(zhì)37-41
• 2.4.1 熱穩(wěn)定性37-38
• 2.4.2 表面電性38-39
• 2.4.3 界面濕潤(rùn)性39-40
• 2.4.4 導(dǎo)電性40-41
• 2.5 本章小結(jié)41-42
• 3 不同成因石墨制備的氧化石墨(烯)的屬性研究42-63
• 3.1 晶質(zhì)石墨制備的氧化石墨的屬性42-54
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)42-44
• 3.1.2 氧化程度對(duì)氧化石墨結(jié)構(gòu)特征的影響44-48
• 3.1.3 氧化程度對(duì)氧化石墨烯產(chǎn)率的影響48-49
• 3.1.4 氧化程度對(duì)氧化石墨的導(dǎo)電性的影響49
• 3.1.5 晶質(zhì)石墨片徑對(duì)氧化石墨烯尺寸及結(jié)構(gòu)特征的影響49-54
• 3.2 微晶石墨制備的氧化石墨的屬性54-61
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)54-55
• 3.2.2 氧化程度對(duì)氧化石墨的結(jié)構(gòu)特征的影響55-59
• 3.2.3 氧化程度對(duì)氧化石墨烯產(chǎn)率的影響59-60
• 3.2.4 氧化程度對(duì)氧化石墨導(dǎo)電性的影響60-61
• 3.3 本章小結(jié)61-63
• 4 不同成因石墨制備的石墨烯的屬性研究63-88
• 4.1 晶質(zhì)石墨制備的石墨烯的屬性63-74
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)63-64
• 4.1.2 氧化程度對(duì)石墨烯形貌特征的影響64-66
• 4.1.3 氧化程度對(duì)石墨烯結(jié)構(gòu)特征的影響66-69
• 4.1.4 還原程度對(duì)石墨烯形貌與孔隙特征的影響69-70
• 4.1.5 還原程度對(duì)石墨烯結(jié)構(gòu)特征的影響70-74
• 4.2 微晶石墨制備的石墨烯的屬性74-86
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)74
• 4.2.2 氧化程度對(duì)石墨烯形貌與孔隙特征的影響74-77
• 4.2.3 氧化程度對(duì)石墨烯結(jié)構(gòu)特征的影響77-80
• 4.2.4 還原程度對(duì)石墨烯形貌與孔隙特征的影響80-83
• 4.2.5 還原程度對(duì)石墨烯結(jié)構(gòu)特征的影響83-86
• 4.3 本章小結(jié)86-88
• 5 不同成因石墨制備的石墨烯的超級(jí)電容性能研究88-107
• 5.1 晶質(zhì)石墨制備的石墨烯的超級(jí)電容性能88-99
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)88-89
• 5.1.2 氧化程度對(duì)石墨烯的超級(jí)電容性能的影響89-93
• 5.1.3 還原程度對(duì)石墨烯的超級(jí)電容性能的影響93-99
• 5.2 微晶石墨制備的石墨烯的超級(jí)電容性能99-105
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)99
• 5.2.2 氧化程度對(duì)石墨烯的超級(jí)電容性能的影響99-102
• 5.2.3 還原程度對(duì)石墨烯的超級(jí)電容性能的影響102-105
• 5.3 本章小結(jié)105-107
• 6 不同成因石墨制備的石墨烯的吸附行為研究107-125
• 6.1 晶質(zhì)石墨制備的石墨烯的吸附行為107-116
• 6.1.1 實(shí)驗(yàn)107-108
• 6.1.2 吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果108-112
• 6.1.3 吸附等溫線分析112-113
• 6.1.4 吸附動(dòng)力學(xué)分析113-114
• 6.1.5 吸附熱力學(xué)分析114-116
• 6.2 微晶石墨制備的石墨烯的吸附行為116-122
• 6.2.1 實(shí)驗(yàn)116
• 6.2.2 吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果116-120
• 6.2.3 吸附等溫線分析120-121
• 6.2.4 吸附動(dòng)力學(xué)分析121
• 6.2.5 吸附熱力學(xué)分析121-122
• 6.3 吸附機(jī)理分析122-124
• 6.4 本章小結(jié)124-125
• 結(jié)論125-127
• 致謝127-129
• 參考文獻(xiàn)129-138
• 附錄138-141
• 附錄1氧化石墨烯水系懸浮液濃度的測(cè)定方法138-139
• 附錄2亞甲基藍(lán)（MB）濃度的測(cè)定方法139-141
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果141-143

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 鄭轍,陳宣華;煤基石墨的Raman光譜研究[J];中國(guó)科學(xué)(B輯 化學(xué) 生命科學(xué) 地學(xué));1994年06期

2 王克勤;山東南墅石墨礦石墨晶體結(jié)構(gòu)的研究[J];礦物學(xué)報(bào);1990年02期

3 黃橋;孫紅娟;楊勇輝;;氧化石墨的譜學(xué)表征及分析[J];無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào);2011年09期

  本文關(guān)鍵詞：不同成因石墨的晶體化學(xué)特征及對(duì)石墨烯的影響，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：311413