石墨烯还原方式对其结构及电学性能的影响

发布时间：2017-11-22 21:28

  本文关键词：石墨烯还原方式对其结构及电学性能的影响

  更多相关文章： 石墨烯 氧化还原法 结构 含氧基团 电导率

【摘要】：石墨烯是由sp2杂化的单层碳原子组成的六角蜂巢状结构,只有一个原子层厚度,为0.34nm。在氧化还原法制备石墨烯的过程中,采用氧化石墨烯(GO)为原料,经化学或热还原方式还原是制备石墨烯(RGO)的常见工艺。GO上有不同种类、数目众多的含氧基团,采用何种还原工艺可最有效的去除含氧基团,保证石墨烯的高性能一直未见报道。本文采用多种还原工艺对GO进行还原,通过XRD、SEM、Raman、XPS和化学滴定法对制备得到的产物进行形貌和结构方面的测试表征,并探究石墨烯试样的导电性能,阐明不同还原方式对不同种类含氧基团的还原能力。本文将化学还原和热还原方式相结合,设计了一步还原和两步还原工艺。一步还原法包括氮气气氛直接热还原、维他命C微波辅助还原、肼还原和硼氢化钠还原。两步还原法包括维他命C微波/热还原、肼/热还原。研究发现:直接热还原、肼还原和两步还原法均能得到形貌为薄纱状片层的石墨烯。在三种有热还原参与的RGO制备过程中,还原效果(C/O、碳网结构占比)随热处理温度升高而增加。当热处理温度为1000℃时,直接热还原和维他命C微波/热还原所得试样C/O分别达到46.62和46.31,而肼/热还原的试样C/O为23.82。还原过程均能引起石墨烯片层变小,缺陷和无序度增加。同时化学滴定法分析得到直接热还原引起羰基含量增加,维他命C微波/热还原能有效还原羟基。电学测试结果表明,经退火处理试样电导率随还原温度增加而增加。本实验所得石墨烯的电导率最大值为17038S/m,虽与石墨烯的理论电导率(6×105S/m)有一定的差距。化学还原预处理能提高试样的导电性能,不同的还原方式对石墨烯导电能力影响不同,平均导电能力:肼/热还原试样VC/热还原的试样直接热还原的试样。并且,试样的电导率与C/O和sp2组分均呈正相关关系。化学滴定法测得直接热还原试样的羧基和羰基含量较多,而VC/热还原试样的酯基和羟基含量较多,肼还原试样的四种基团含量居中。结合模拟计算结果可以预测:1)位于于石墨烯边缘的羰基和羧基能产生较宽的带隙,这两种基团对导电性影响较大;2)链接羟基和环氧基的石墨烯带隙较窄,因而该基团对导电性的影响较小。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;科学家首次用纳米管制造出石墨烯带[J];电子元件与材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列进展[J];高科技与产业化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本开发出在蓝宝石底板上制备石墨烯的技术[J];硅酸盐通报;2009年04期

5 马圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究进展[J];现代物理知识;2009年04期

6 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期

7 ;纳米中心石墨烯相变研究取得新进展[J];电子元件与材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金贵;李振;;石墨烯研究进展[J];化学进展;2009年12期

9 张伟娜;何伟;张新荔;;石墨烯的制备方法及其应用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 万勇;马廷灿;冯瑞华;黄健;潘懿;;石墨烯国际发展态势分析[J];科学观察;2010年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 成会明;;石墨烯的制备与应用探索[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

2 钱文;郝瑞;侯仰龙;;液相剥离制备高质量石墨烯及其功能化[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第3分册）[C];2010年

4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

5 沈志刚;李金芝;易敏;;射流空化方法制备石墨烯研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年

6 王冕;钱林茂;;石墨烯的微观摩擦行为研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年

7 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

8 吴孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和无机石墨烯材料:计算与实验的结合[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吴迪;彭海琳;刘忠范;;石墨烯光化学修饰及尺寸效应研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年

2 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年

3 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年

4 本报记者 李好宇 张們捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年

5 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年

6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年

7 记者 谢荣　通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年

8 本报记者 纪爱玲;石墨烯：市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年

9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年

10 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年

2 罗大超;化学修饰石墨烯的分离与评价[D];北京化工大学;2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修饰[D];北京化工大学;2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修复机理的理论研究[D];吉林大学;2013年

5 盛凯旋;石墨烯组装体的制备及其电化学应用研究[D];清华大学;2013年

6 伊丁;石墨烯吸附与自旋极化的第一性原理研究[D];山东大学;2015年

7 梁巍;基于石墨烯的氧还原电催化剂的理论计算研究[D];武汉大学;2014年

8 王义;石墨烯的模板导向制备及在电化学储能和肿瘤靶向诊疗方面的应用[D];复旦大学;2014年

9 刘明凯;带状石墨烯纳米复合材料的制备及其性能研究[D];复旦大学;2014年

10 刘勇;智能化及掺杂改性石墨烯的研究及应用[D];复旦大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 詹晓伟;碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究[D];西安电子科技大学;2011年

2 王晨;石墨烯的微观结构及其对电化学性能的影响[D];北京化工大学;2011年

3 苗伟;石墨烯制备及其缺陷研究[D];西北大学;2011年

4 蔡宇凯;一种新型结构的石墨烯纳米器件的研究[D];南京邮电大学;2012年

5 金丽玲;功能化石墨烯的酶学效应研究[D];苏州大学;2012年

6 黄凌燕;石墨烯拉伸性能与尺度效应的研究[D];华南理工大学;2012年

7 刘汝盟;石墨烯热振动分析[D];南京航空航天大学;2012年

8 雷军;碳化硅上石墨烯的制备与表征[D];西安电子科技大学;2012年

9 于金海;石墨烯的非共价功能化修饰及载药系统研究[D];青岛科技大学;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制备[D];上海交通大学;2013年

，

本文编号：1216145