石墨層間化合物剝離制備石墨烯及其性能研究.pdf

1、石墨烯（graphene）是研究人員發(fā)現(xiàn)的第一種二維原子晶體，這種單原子厚度的碳元素結(jié)構(gòu)，將極強的機械性能、異常高的電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率以及其它優(yōu)異的特性結(jié)合在了一起，這使得石墨烯在諸多應(yīng)用領(lǐng)域都引起了研究者的高度重視。近十年來，石墨烯制備方面的研究工作已進(jìn)有了很大突破，但是大規(guī)模、工業(yè)化制備石墨烯仍然存在諸多問題。氧化還原法可以制得公斤級的石墨烯，但是氧化還原過程會在片層中引入含氧基團以及缺陷，造成石墨烯導(dǎo)電與導(dǎo)熱性能的降低。
　　本

2、論文中，我們介紹了一種新的制備石墨烯的方法，以石墨層間化合物（Graphite intercalation compounds，GICs）為前驅(qū)體，通過高溫?zé)崤蛎浿苽涫┍∑Ｎ覀兪褂寐然X與氯化鐵作為共插層劑，以天然石墨為原料制備GICs，氯化鋁在較低溫度下即可氣化，氯化鐵可以為插層反應(yīng)提供氯氣來源，使用二者作為共插層劑能夠在較為溫和的條件下制得GICs。研究發(fā)現(xiàn):氯化鋁無法單獨作為插層劑插入石墨的片層間;同時使用氯化鋁與氯化鐵，插

3、層溫度180℃以上即可成功制得GICs，并且隨著溫度的升高，得到GICs產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)有所差別;200℃左右，插入石墨層間的主要是氯化鋁，并且在清洗過程中，氯化鋁與水的劇烈反應(yīng)會破壞石墨片層的規(guī)整結(jié)構(gòu);250℃以上制得的GICs，插層劑主要是氯化鐵，可以形成規(guī)整的一階插層結(jié)構(gòu)。
　　之后，我們以200℃制得的GICs為原料，使用馬弗爐高溫?zé)崤蛎浿苽涫?。研究發(fā)現(xiàn)，熱處理溫度為500℃，產(chǎn)物只會發(fā)生插層劑的氣化脫除;當(dāng)熱處理溫度超過8

4、00℃時，插層劑短時間迅速氣化脫除，蒸汽壓超過了片層間的作用力，產(chǎn)物會發(fā)生明顯的體積膨脹，片層間距明顯增大，形成類似于蠕蟲狀的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過短時間、低功率的超聲清洗處理，即可得到片層尺寸10μm以上、片層厚度2-8 nm的石墨烯納米薄片。隨著熱膨脹溫度的升高，制得產(chǎn)物的片層厚度由集中于5nm以上逐漸降低為2-4 nm。該方法制得的石墨烯薄片，片層間仍然殘留有一定量的過渡金屬化合物，會對石墨烯的性能產(chǎn)生影響。
　　本課題的創(chuàng)新點是發(fā)現(xiàn)了