石墨烯是一種由單層碳原子緊密堆積而形成的二維零帶隙晶體,近年來(lái)由于其優(yōu)異的物理、化學(xué)性能而廣受人們的關(guān)注。極高的電導(dǎo)率和大的比表面積,使其可被很好的應(yīng)用于氣體傳感器方面。研究表明石墨烯材料對(duì)目標(biāo)氣體的檢測(cè)限可達(dá)ppb級(jí),甚至是單個(gè)氣體分子。但未進(jìn)行修飾的石墨烯存在對(duì)氣體分子的檢測(cè)能力有限、氣敏選擇性較差的不足。氧化石墨烯（GOs）產(chǎn)生于氧化還原法制備石墨烯的過(guò)程中,是一種類似于石墨烯結(jié)構(gòu)的二維材料,因其具有大量的含氧官能團(tuán)而產(chǎn)生了優(yōu)于石墨烯的氣敏性能。但改進(jìn)Hummers法制備GOs工藝中采用大量的氧化劑、高的反應(yīng)熱而使其結(jié)構(gòu)中氧官能團(tuán)種類不可控,致使氣敏材料產(chǎn)生選擇性差、氣敏機(jī)理不詳?shù)热毕荨檫M(jìn)一步解決石墨烯材料氣敏研究中的問題,本論文在前人研究基礎(chǔ)上改善GOs的制備工藝,合成出對(duì)單一氣敏響應(yīng)的羥基型氧化石墨烯（hGOs）和穩(wěn)定性更好的大片徑氧化石墨烯（BGOs）;采用石墨烯氣敏材料聯(lián)用解決GOs材料選擇性問題;將石墨烯材料氣敏傳感元件載裝于開發(fā)板,并設(shè)計(jì)編寫程序得到石墨烯材料氣體傳感裝置。對(duì)于石墨烯材料在氣敏材料應(yīng)用開發(fā)具有一定意義。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),石墨在氧化時(shí)存在官能團(tuán)演化過(guò)程,降低... 

【文章來(lái)源】：西南科技大學(xué)四川省

【文章頁(yè)數(shù)】：62 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

氣敏測(cè)試裝置示意圖

西南科技大學(xué)碩士學(xué)位論文13官能團(tuán)，并在層間域中引入水分子，導(dǎo)致底面間距增大；隨氧化程度的增加，碳原子層接入的官能團(tuán)種類和數(shù)量逐漸增多，層間域中的水分子也逐漸增多，導(dǎo)致GO的底面間距逐漸增大。圖2.2石墨原樣和不同氧化時(shí)間GO樣品XRD圖Fig2.2X-raydiffractionpatternsofgraphiteas-isandgrapheneoxidesampleswithdifferentoxidationtimes圖2.3石墨原樣和不同氧化時(shí)間GO樣品FT-IR圖Fig2.3Infraredabsorptionspectraofgrapheneas-isandgrapheneoxidesampleswithdifferentoxidationtimes圖2.3為石墨原樣和不同氧化時(shí)間GO樣品的FT-IR圖�？梢钥闯�，未氧化的石墨樣品未出現(xiàn)紅外吸收峰，經(jīng)氧化后接入多種官能團(tuán)，且隨氧化時(shí)間的增加，不同含氧官能團(tuán)的特征吸收峰逐漸增強(qiáng)。其中1738cm-1、1570cm-1、1400cm-1、1229cm-1和1041cm-1處分別為C=O伸縮振動(dòng)、sp2雜化碳原子C=C伸縮振動(dòng)、C-OH彎曲振動(dòng)、C-O-C彎曲振動(dòng)以及C-OH伸縮振動(dòng)的吸收峰。當(dāng)氧化時(shí)間為4h時(shí)，新出現(xiàn)C-OH伸縮振動(dòng)峰和彎曲振動(dòng)峰較為明顯，隨著氧化時(shí)間的增長(zhǎng)，出現(xiàn)了C-O-C的彎曲振動(dòng)峰，而C=O的伸縮振動(dòng)峰的變化不夠明顯，碳原子層接入含氧官能團(tuán)導(dǎo)致六方環(huán)狀結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的降低，并導(dǎo)致C=C伸縮振動(dòng)為紅外活性和吸收峰的逐漸增強(qiáng)。當(dāng)氧化時(shí)間為24h時(shí)，C=C伸縮振動(dòng)峰、C-OH伸縮振動(dòng)峰和彎曲振動(dòng)峰以及C-O-C彎曲振動(dòng)峰均達(dá)到最強(qiáng)。由于隨氧化時(shí)間的增加，石墨碳原子層的氧化程度加深，在不斷接入C-OH官能團(tuán)的同時(shí)，部分C-OH進(jìn)一步被氧化為C-O-C。因此，所有含氧官能團(tuán)的吸收峰強(qiáng)度都隨氧化時(shí)間的增加而逐漸增強(qiáng)。

西南科技大學(xué)碩士學(xué)位論文13官能團(tuán)，并在層間域中引入水分子，導(dǎo)致底面間距增大；隨氧化程度的增加，碳原子層接入的官能團(tuán)種類和數(shù)量逐漸增多，層間域中的水分子也逐漸增多，導(dǎo)致GO的底面間距逐漸增大。圖2.2石墨原樣和不同氧化時(shí)間GO樣品XRD圖Fig2.2X-raydiffractionpatternsofgraphiteas-isandgrapheneoxidesampleswithdifferentoxidationtimes圖2.3石墨原樣和不同氧化時(shí)間GO樣品FT-IR圖Fig2.3Infraredabsorptionspectraofgrapheneas-isandgrapheneoxidesampleswithdifferentoxidationtimes圖2.3為石墨原樣和不同氧化時(shí)間GO樣品的FT-IR圖�？梢钥闯�，未氧化的石墨樣品未出現(xiàn)紅外吸收峰，經(jīng)氧化后接入多種官能團(tuán)，且隨氧化時(shí)間的增加，不同含氧官能團(tuán)的特征吸收峰逐漸增強(qiáng)。其中1738cm-1、1570cm-1、1400cm-1、1229cm-1和1041cm-1處分別為C=O伸縮振動(dòng)、sp2雜化碳原子C=C伸縮振動(dòng)、C-OH彎曲振動(dòng)、C-O-C彎曲振動(dòng)以及C-OH伸縮振動(dòng)的吸收峰。當(dāng)氧化時(shí)間為4h時(shí)，新出現(xiàn)C-OH伸縮振動(dòng)峰和彎曲振動(dòng)峰較為明顯，隨著氧化時(shí)間的增長(zhǎng)，出現(xiàn)了C-O-C的彎曲振動(dòng)峰，而C=O的伸縮振動(dòng)峰的變化不夠明顯，碳原子層接入含氧官能團(tuán)導(dǎo)致六方環(huán)狀結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的降低，并導(dǎo)致C=C伸縮振動(dòng)為紅外活性和吸收峰的逐漸增強(qiáng)。當(dāng)氧化時(shí)間為24h時(shí)，C=C伸縮振動(dòng)峰、C-OH伸縮振動(dòng)峰和彎曲振動(dòng)峰以及C-O-C彎曲振動(dòng)峰均達(dá)到最強(qiáng)。由于隨氧化時(shí)間的增加，石墨碳原子層的氧化程度加深，在不斷接入C-OH官能團(tuán)的同時(shí)，部分C-OH進(jìn)一步被氧化為C-O-C。因此，所有含氧官能團(tuán)的吸收峰強(qiáng)度都隨氧化時(shí)間的增加而逐漸增強(qiáng)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]不同氧化程度氧化石墨烯氨氣敏感性能及機(jī)理[J]. 楊建召,孫紅娟,彭同江,雷德會(huì),岳煥娟.  精細(xì)化工. 2019(03)
[2]氧化石墨烯的表面羧基化與表征[J]. 胡澤藝,陳憲宏,丁燕鴻,張昌凡.  包裝學(xué)報(bào). 2018(02)
[3]還原溫度對(duì)氧化石墨烯結(jié)構(gòu)及室溫下H2敏感性能的影響[J]. 陳浩,彭同江,劉波,孫紅娟,雷德會(huì).  物理學(xué)報(bào). 2017(08)
[4]氧化程度對(duì)氧化石墨烯吸附亞甲基藍(lán)性能的影響[J]. 王泉珺,孫紅娟,彭同江,岳煥娟.  化工學(xué)報(bào). 2017(04)
[5]氧化石墨烯及熱還原產(chǎn)物對(duì)CH4和H2的敏感性能研究[J]. 侯若男,彭同江,孫紅娟,劉海峰.  功能材料. 2015(16)
[6]石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管研究進(jìn)展[J]. 楊正龍,劉芯巖,卜弋龍,徐曉黎,劉永生.  固體電子學(xué)研究與進(jìn)展. 2014(04)
[7]羧基化氧化石墨烯的制備及其電化學(xué)性能[J]. 王正瑋,熊麗,高云濤,王振峰,閆莉莉,張宏教,趙杰,卯昌英.  云南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2013(02)
[8]不同氧化程度氧化石墨烯的制備及濕敏性能研究[J]. 萬(wàn)臣,彭同江,孫紅娟,黃橋.  無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2012(05)

碩士論文
[1]石墨烯基氣敏傳感器的研究[D]. 侯書勇.華東理工大學(xué) 2015
[2]基于氣體傳感器陣列的多氣體檢測(cè)及應(yīng)用[D]. 施京毅.西北工業(yè)大學(xué) 2001



本文編號(hào)：3042951