基于氧化石墨烯的光電功能材料設(shè)計(jì)制備與性質(zhì)研究.pdf

1、氧化石墨烯(GO)具有自由分散的二維結(jié)構(gòu)和豐富的極性基團(tuán)，使其在制備石墨烯及其功能化復(fù)合材料方面展現(xiàn)出了突出的優(yōu)勢(shì)，受到了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。由于片層內(nèi)sp3區(qū)和sp2區(qū)的隨機(jī)分布，GO表現(xiàn)出有奇特的電學(xué)和光學(xué)特性，被認(rèn)為是功能化的石墨烯材料，具有重要的理論研究和應(yīng)用價(jià)值。本論文以GO為研究對(duì)象，研究了GO的光學(xué)性質(zhì)，在此基礎(chǔ)上建立了GO的能帶結(jié)構(gòu)模型;研究了GO的光化學(xué)性質(zhì)，提出選擇輻照波段調(diào)制GO微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)的概念;設(shè)計(jì)制

2、備了GO-TiO2和GO-貴金屬?gòu)?fù)合薄膜，探索了光照對(duì)GO-TiO2復(fù)合薄膜電學(xué)性質(zhì)的影響，實(shí)現(xiàn)了GO-TiO2復(fù)合薄膜的光致還原及其圖案化。主要工作簡(jiǎn)述如下:
　　研究了GO的光學(xué)性質(zhì)，構(gòu)建了GO的能帶結(jié)構(gòu)模型。吸收光譜和發(fā)光光譜的研究結(jié)果表明，GO內(nèi)分布著非常廣的局域態(tài)，其主要來(lái)自于被高勢(shì)壘(sp3C區(qū)域)限制的不同尺寸的sp2碳團(tuán)簇。多量子阱能帶結(jié)構(gòu)能夠形象的描述GO的能帶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。變激發(fā)波長(zhǎng)的變溫發(fā)光研究表明，GO內(nèi)不同尺

3、寸sp2碳團(tuán)簇的發(fā)光對(duì)溫度有不同的依賴關(guān)系，其中碳團(tuán)簇的尺寸越小發(fā)光的熱穩(wěn)定性越好，這個(gè)結(jié)果可由GO的能帶結(jié)構(gòu)給出合理解釋。此外，通過(guò)對(duì)比不同還原方法制備的還原氧化石墨烯(RGO)的吸收特性，分析了不同還原方法對(duì) RGO結(jié)構(gòu)的影響，建立了判斷 RGO還原效果的簡(jiǎn)單方法，對(duì)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)有效的還原方法具有重要意義。
　　研究了GO的光化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用，探索了GO的能帶結(jié)構(gòu)對(duì)其光化學(xué)性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，在波長(zhǎng)＜520nm的光激發(fā)下，GO

4、發(fā)生了自身的光還原反應(yīng)。GO的光化學(xué)反應(yīng)表現(xiàn)出了明顯的對(duì)光子能量和空穴受體的依賴性，據(jù)此可以通過(guò)選擇輻照波段和還原氣氛，控制GO的微結(jié)構(gòu)，進(jìn)而調(diào)節(jié)GO的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。當(dāng)體系引入電子受體(如金屬離子)時(shí)，GO轉(zhuǎn)變成了穩(wěn)定的光催化劑，可用于制備多種GO-金屬納米粒子的復(fù)合材料，為GO-金屬納米粒子復(fù)合材料的制備提供了一條新的途徑。
　　探索了GO-TiO2光電功能復(fù)合薄膜的制備方法，開(kāi)展了紫外光輔助制備大面積RGO-TiO2導(dǎo)電薄膜

5、及導(dǎo)電圖案的研究。結(jié)果表明，GO-TiO2混合溶液的酸堿性以及GO和TiO2的配比，對(duì)復(fù)合薄膜的質(zhì)量具有重要的影響。紫外光照下，利用TiO2的光催化還原特性實(shí)現(xiàn)了GO的還原，并得到電導(dǎo)率為2S/cm的RGO-TiO2復(fù)合薄膜，與化學(xué)還原的RGO薄膜的電阻率在同一量級(jí)。此方法最大的優(yōu)點(diǎn)是借助掩模板可以制備大面積圖案化的石墨烯薄膜，圖案的精細(xì)度可以達(dá)到微米量級(jí)。另外，紫外光的熱效應(yīng)較低，可以在柔性有機(jī)襯底上實(shí)現(xiàn)GO的還原及其圖案化。此方法有