石墨烯具有獨特的單原子厚度二維平面結構和優(yōu)異的電學、力學、光學和熱學性質,在場發(fā)射晶體管、傳感器、透明導電薄膜、電化學儲能等領域展現了巨大的應用前景。改進的Hummers法是最具潛力的石墨烯規(guī)模化制備方法,但此過程中產生的環(huán)境污染、分離繁瑣、原料浪費等問題是限制其廣泛應用的重要瓶頸。基于“原子經濟性”合成原則,探索石墨烯及其復合物的低成本、綠色環(huán)保合成方法對其應用具有重要的現實意義。本論文從Hummers法制備氧化石墨烯（GO）的中間產物—氧化石墨烯/MnSO4 （GO/MnSO4）懸濁液出發(fā),利用共沉淀、熱還原、水熱反應等技術方法,制備了一系列宏／微觀結構可控的石墨烯/MnOx復合結構,并對其作為超級電容器和鋰離子電池電極材料的儲能性能進行了系統(tǒng)研究；并研究石墨烯載硫復合體系的可控制備及其作為鋰硫電池正極材料的性能。主要研究結果如下：（1）以催化石墨化的太西無煙煤為前驅體,采用改進的Hummers法氧化插層制備煤基氧化石墨烯懸濁液（CDGO/MnSO4）,并以其為前驅體,采用KOH和肼分別為沉淀劑和還原劑,原位制備了煤基石墨烯Mn3O4 （RCDGO/Mn3O4）復合結構,同時得到副... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：137 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．?２?（ａ）用氧等離子在高定向石墨表面刻油出的石墨島陣列；??ｂ）為２００?ｎｍ的石ｃ等高的石墨島［”］??

維晶體的表面起伏會破壞其長程有序ｔｉｅ］，但是實驗制備的石墨稀在透射電子顯微鏡下發(fā)??現其存在大量波紋結構，振幅大約為ｌｎｍ［ｉ２，ｉ３］，因此，無論是獨立存在的石墨稀還是沉??積在基底上的石墨煉都不是一個百分之百的平整完美平面（如圖１．３）。石墨煉就是通過??表面形成的褶皺或吸附其他分子來維持自身的穩(wěn)定性，納米量級的表面微觀粗糙程度可??能是二維晶體具有較好穩(wěn)定性的根本原因。??，、代■ｕｙＯ、?０．０?ｉｍ?３００?－ｔａｏ?ｍ?ｍｉ?ｙ＆．＆?ｒｎｄ?ｍ．０??圖１．３石墨插的表面起伏［１２?１３］?、??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｈｅ?ｆｏｄｉｎｇ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｇｒａｐｈｅｎｅ＇＇＾＇??ｆ??１．２石墨稀的結構和性質??石墨稀是由單層碳原子緊密堆積而成的二維蜂窩狀晶格結構，每一個碳原子通過??ｓｐ２雜化軌道以“頭碰頭”的方式周圍其它三個碳原子以ＣＪ鍵相連構成正六邊形，碳－碳鍵??長為０．１４２?ｎｍ?（如圖１．１４），而每一個碳原子剩余的ｐ電子通過“肩并肩”的方式形成了??一個垂直于晶面方向大７１鍵。單層石墨稀厚度約為０．３５?ｎｍ。正是由于這種獨特的結構??賦予了石墨煉獨特的性質。??１、超局的強度??由于石墨煉平面內形成的Ｇ鍵具有超高的鍵能，使得石墨烯具有超高的強度，單層??石墨稀的斷裂強度能夠達到４２?Ｎ?ｍ＂＇，而與其相同厚度的鋼的斷裂強度為０．０８４－０．４?Ｎ??ｍ＿ｉ

３、超大的理論比表面積??石墨稀單原子厚度的結構使得其中的碳原子能夠完全暴露，使其具有超大的理論比??表面積。根據石墨煉中每一個碳原子組成的正六邊形的邊長為０．１４２?ｎｍ?（如圖１．４），且??該六邊形中含有兩個完整的碳原子，再根據每個碳原子的質量約為１．９９３Ｘ１０＿２３?ｇ則可??計算石墨條的理論比表面積為２６００ｍ２ｇ－ｉ［ｉ６］，該比表面積遠遠大于其它炭材料的比表面??積。??４、優(yōu)異的導熱性??石墨煉的熱導率可以達到５０００Ｗｍ＿ｉＫ－＿，而金屬銅的熱導率為４０１?ＷｍｆｉＫ－ｉ，二??者相差十倍。??５、良好的透光率??石墨煉具有良好的透光率，石墨煉可以讓約９７．７％的可見光透過［１８］。??此外，石墨煤還具有半整數量子霍爾效應［１９］等性質。石墨煉一系列的納米結構特性??賦予了石墨煤優(yōu)異的物理、化學性能，使其在許多領域具有應用的潛力。??０．１４２?ｎｍ??ｇｇ??圖１．４石墨燒的六邊形結構??Ｆｉｇ．?１．４?Ｈｅｘａｇｏｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｅ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ??１．３石墨稀的應用??石墨煉獨特單原子厚度的二維平面結構，賦予了石墨煤優(yōu)異的性質，這些性質使得??石墨稀廣泛應用于電子、半導體、傳感器、氣體吸附劑、光學器件、儲能等諸多領域

【參考文獻】：
期刊論文
[1]石墨烯基宏觀體:制備、性質及潛在應用[J]. 張麗芳,魏偉,呂偉,邵姣婧,杜鴻達,楊全紅.  新型炭材料. 2013(03)
[2]氧化銅/石墨烯的制備及其電化學性能[J]. 丁翔,黃正宏,沈萬慈,康飛宇.  新型炭材料. 2013(03)



本文編號：3114441