石墨烯材料具有特殊結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能,已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到了深入地研究,而石墨烯材料所獨有的超大的理論表面積以及高導(dǎo)電性的電學特性,使其成為獲得高效儲能材料的優(yōu)選載體。非平衡（低溫）等離子體具有高分布的活性粒子,可以降低物質(zhì)的活化能,縮短反應(yīng)時間,并且可以通過結(jié)構(gòu)的改善,控制能流方向,獲得較大能流密度,各種氣體均可以作為等離子體的氣源,在反應(yīng)中可以用于氧化、還原、激發(fā)和摻雜。介質(zhì)阻擋放電（DBD）等離子體射流可以在大氣壓下產(chǎn)生,可以根據(jù)反應(yīng)類型選擇放電氣體,而DBD等離子體射流的產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)形式多樣,可以根據(jù)需求實現(xiàn)放電區(qū)與工作區(qū)的分離,并且易于操作,反應(yīng)迅速。本文以單電極DBD結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),設(shè)計了一套等離子體射流引發(fā)裝置,以氫氣和氬氣為工作氣體,獲得具有高還原性質(zhì)的氫等離子體射流（APPJ-H）,在還原金屬離子和氧化石墨烯的反應(yīng)中,表現(xiàn)出了極其高效的優(yōu)勢,以此為基礎(chǔ),制備RGO以及石墨烯改性材料,并研究這些材料的電學性能;以氧氣和氬氣為工作氣體進行液相反應(yīng),獲得具有高氧化還原電位的活性成分的氧等離子體射流（APPJ-O）,實現(xiàn)苯胺的原位氧化聚合反應(yīng),獲得具有較高比電容值的PANI與石墨烯的... 

【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：107 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１石墨烯及其構(gòu)建的其他碳材料??１．

?第一章緒論???從而得到還原氧化石墨烯材料（ＲＧＯ），也可以歸類于改性石墨烯的范疇。??－皮＃＿編—二－?ｃ＊??？：一＝…ｒ?一??ｗ．．；．．、石臟卜：?＞??石墨?氧化石《?＾?＼??Ｇｒａｐｈｉｔｅ?Ｇｒａｐｈｉｔｅ?Ｏｘｉｄｅ?＾??石》嫌?？１化石＊＊??Ｇｒａｐｈｅｎｅ?Ｇｒａｐｈｅｎｅ?Ｏｘｉｄｅ??氰化石墨烯還原??圖１．２氧化還原法過程示意圖??１．２．１石墨氧化技術(shù)??傳統(tǒng)的石墨氧化法有以下三種：Ｂｒｏｄｉｅ氧化法是以濃ＨＮ０３預(yù)處理石墨??粉，氧化劑選用ＫＣＩ０３，在６０°Ｃ？８０°Ｃ下反應(yīng)２０￣４０ｈ，該法對石墨的氧化程度??較低，反應(yīng)時間較長，并伴有有害氣體Ｃ１０２產(chǎn)生：與Ｂｒｏｄｉｅ不同的是，??ＳｔａｕｄｅｎｍａｉｅｒｌＷ采用的是濃ＨＮ０３和濃Ｈ２Ｓ〇４的混合酸（２：１），氧化劑選用ＨＣＩ〇４，??在０°Ｃ下反應(yīng)，由反應(yīng)時間和氧化次數(shù)來控制石墨的氧化程度，同時伴有有毒??有害氣體生成；Ｈｕｍｍｅｒｓ法１２１１以濃Ｈ２Ｓ〇４和ＮａＮ０３作為預(yù)處理劑，采用ＫＭｎ〇４??作為氧化劑，反應(yīng)時間有所縮短，并且石墨的氧化程度得到了明顯的提高，傳??統(tǒng)的Ｈｕｍｍｅｒｓ法同樣也會產(chǎn)生Ｎ〇２、Ｎ２Ｏ４和Ｃｌ〇２等有毒有害氣體，并且表面??含氧基團的數(shù)量和種類有一定局限，因此研究人員在Ｈｕｍｍｅｒｓ法的基礎(chǔ)之上，??做了相應(yīng)的改進如改變原料質(zhì)量比或控溫時間等反應(yīng)條件，統(tǒng)稱為改進??的Ｈｕｍｍｅｒｓ法，是目前制備氧化石墨烯首選方法。??１．２．２氧化石墨烯還原技術(shù)??ＧＯ的還原技術(shù)是影響石墨烯材料的性能的關(guān)鍵。常見的還原手段包括熱??還原１２５－２８＂化學還原［２８－３８１、電化

的原子尺??寸和電子排布，更容易實現(xiàn)Ｎ原子對Ｃ原子的層內(nèi)取代摻雜，Ｎ摻雜會改變石??墨烯的能帶結(jié)構(gòu)，還可以通過對摻Ｎ量的控制來調(diào)控半導(dǎo)體特性，在微電子領(lǐng)??域具有很高的應(yīng)用價值。Ｎ摻雜會使六元環(huán)上Ｎ原子周圍Ｃ原子的正電荷增多，??形成缺電子中心，改變了石墨烯的電負性，從而增強對氣體的吸附和活化能力。??Ｎ摻雜石墨烯表現(xiàn)出更好的電化學穩(wěn)定性和更高的電催化活性，具有比石墨烯??更高的比電容和儲能性能，在超級電容器、燃料電池、光電子領(lǐng)域具有一定的??應(yīng)用價值。??ｍ２ｎ?￣??圖１．３Ｎ摻雜石墨烯結(jié)構(gòu)示意圖??一般可以通過化學氣相沉積（ＣＶＤ）?１＾、水熱１？１和離子注入等方法??獲得進行石墨烯的Ｎ摻雜反應(yīng)。ＣＶＤ法通常以ＣＨ４作為碳源、ＮＨ３作為氮源，??大多是在某一種特定基底上進行反應(yīng)，繼而得到Ｎ摻雜的石墨稀材料，該方法??工藝比較復(fù)雜，成本偏高，原料易燃易爆或有毒，氮摻雜量也較低，較難實現(xiàn)??工業(yè)生產(chǎn)；水熱法采用水溶液為反應(yīng)體系，加熱生成氣相，在高壓反應(yīng)釜中產(chǎn)??生高壓，進行摻雜反應(yīng)，該方法大多以氧化石墨烯為碳源，以尿素或三聚氰胺??一６一??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]化學氣相沉積法在液態(tài)金屬上快速生長石墨烯單晶（英文）[J]. 鄭舒婷,曾夢琪,曹慧,張濤,高曉雯,肖遙,付磊.  Science China Materials. 2019(08)
[2]質(zhì)子交換膜燃料電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展探析[J]. 陸順,林南南,李云隆,李如菊,陳金銳.  新材料產(chǎn)業(yè). 2018(05)
[3]氧化石墨烯的可控還原及表征[J]. 趙靜,張紅.  化工進展. 2015(09)
[4]二氧化釕/石墨烯復(fù)合材料超級電容器的性能[J]. 邵強,林正峰,劉慶琪,楊歐,候梅芳,徐彬.  微納電子技術(shù). 2013(06)
[5]高性能聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料的制備及在超級電容器中的應(yīng)用[J]. 趙佐華,黃寒星,王紅強,張磊,王志洪,馮崎鵬,鐘新仙.  化工新型材料. 2013(05)
[6]電化學合成PtCo/石墨烯復(fù)合催化劑及對甲醇的電催化氧化[J]. 史國玉,王宗花,夏建飛,張菲菲,夏延致,李延輝.  化學學報. 2013(02)
[7]石墨烯/聚3,4-乙烯二氧噻吩復(fù)合物的電化學制備及其在超級電容器中的應(yīng)用[J]. 金莉,孫東,張劍榮.  無機化學學報. 2012(06)
[8]燃料電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 侯明,衣寶廉.  電化學. 2012(01)
[9]超級電容器綜述[J]. 楊盛毅,文方.  現(xiàn)代機械. 2009(04)
[10]燃料電池的原理、技術(shù)狀態(tài)與展望[J]. 衣寶廉.  電池工業(yè). 2003(01)

碩士論文
[1]以石墨烯為載體的直接甲醇燃料電池陽極電催化劑研究[D]. 李海勇.湖南大學 2010



本文編號：3458831