CVD法合成摻氮石墨烯及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、在石墨烯中進(jìn)行雜原子摻雜，可以在較大程度保證石墨烯優(yōu)良電學(xué)性能前提下，引入能帶隙，并提供石墨烯表面反應(yīng)位點(diǎn)，增強(qiáng)石墨烯的化學(xué)活性，使其應(yīng)用于諸多電化學(xué)領(lǐng)域，如燃料電池，傳感器，超級(jí)電容器等。在制備摻氮石墨烯的諸多方法中，化學(xué)氣相沉積法（CVD）由于反應(yīng)裝置簡(jiǎn)單、安全，環(huán)保無(wú)污染，可通過(guò)反應(yīng)條件的控制實(shí)現(xiàn)大面積、高品質(zhì)可控制備，而且由于制備的摻氮石墨烯的轉(zhuǎn)移方便，是大規(guī)模生產(chǎn)摻氮石墨烯的首選方法。大量研究表明，摻氮石墨烯的摻氮量、摻氮類(lèi)型

2、、結(jié)晶性、缺陷態(tài)等直接影響其作為氧還原反應(yīng)催化劑的性能，如何實(shí)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)特性的可控制備并探究決定其催化活性的關(guān)鍵因素，是摻氮石墨烯的制備和應(yīng)用亟待解決的議題。
　　本課題的研究?jī)?nèi)容之一是通過(guò)控制CVD生長(zhǎng)過(guò)程中的諸多反應(yīng)參數(shù)，如碳源量，氫氣流量，反應(yīng)溫度，反應(yīng)時(shí)間等，尋找單、少層摻氮石墨烯的最優(yōu)制備條件，并探究生長(zhǎng)參數(shù)對(duì)生長(zhǎng)的石墨烯的影響規(guī)律。經(jīng)過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，我們成功制備了連續(xù)性較好、均勻的單、少層摻氮石墨烯。經(jīng)條件優(yōu)化，我們

3、得出摻氮石墨烯的最低反應(yīng)溫度為950℃，氫氣流量、反應(yīng)時(shí)間、催化金屬的退火處理都直接影響著石墨烯的結(jié)晶質(zhì)量。
　　本課題的研究?jī)?nèi)容之二是選取摻氮石墨烯制備過(guò)程中比較有代表性的4組樣品，對(duì)其進(jìn)行SEM、SAED、TEM、XPS等表征測(cè)試以及氧還原電催化性能研究。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，制備的摻氮石墨烯為單少層石墨烯，摻氮量最高的為8.94％，最低為0.61%，主導(dǎo)摻氮類(lèi)型分別為吡咯、吡啶、石墨型。結(jié)合4種摻氮石墨烯的電化學(xué)CV、LSV的氧還原活