石墨烯、摻雜石墨烯的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、石墨烯是一種由單層碳原子緊密排列成二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的碳材料。石墨烯展現(xiàn)出很多優(yōu)異的物理化學(xué)性能，從發(fā)現(xiàn)開始就受到各個(gè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。然而，石墨烯仍然存在一些不足。例如，石墨烯片層易發(fā)生團(tuán)聚，采用化學(xué)剝離法制備的石墨烯缺陷多。此外，石墨烯是一種能帶隙為零的半導(dǎo)體，一定程度上限制了石墨烯應(yīng)用于電學(xué)器件。研究表明，通過化學(xué)摻雜可以有效調(diào)節(jié)石墨烯的電子結(jié)構(gòu)，改善其物理化學(xué)性質(zhì)?；谝陨蠁栴}，本論文采用石墨以及氟化石墨為原料，通過不同方法制備石墨烯

2、及摻雜石墨烯，考察所得石墨烯及摻雜石墨烯的形貌、結(jié)構(gòu)、電導(dǎo)率及電化學(xué)性能。主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　（1）以石墨為原料，通過三種不同的氧化方法制備氧化石墨烯(Graphe ne Oxide,GO)，以水合肼為還原劑將GO還原為石墨烯，考察GO氧化程度對(duì)石墨烯在有機(jī)溶劑中分散性能及電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，調(diào)控氧化劑的用量和種類，可以改變GO的氧化程度；以氧化程度最高的GO還原所得的石墨烯，在有機(jī)溶劑中的分散性能最好，電

3、化學(xué)性能最佳。
　?。?）化學(xué)剝離法是以石墨為原料，通過氧化和還原過程制備石墨烯，由于存在過度氧化以及不徹底還原，所得石墨烯存在較多的結(jié)構(gòu)缺陷，進(jìn)而影響石墨烯的性能。因此，選用氟化石墨為原料，通過超聲法，靜置法以及加熱回流法三種方法制備石墨烯，對(duì)所得石墨烯進(jìn)行形貌、結(jié)構(gòu)表征及電化學(xué)性能測試。結(jié)果表明，三種方法均可制備出單晶結(jié)構(gòu)的石墨烯，其中加熱回流法制備的石墨烯晶體有序度最高，電化學(xué)性能最佳。
　?。?）以氟化石墨為原料，尿

4、素為氮源，通過高溫固相反應(yīng)制備氮摻雜石墨烯（N-Gr），探討了反應(yīng)溫度對(duì)N-Gr的結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，氮元素以吡咯氮、吡啶氮和石墨化氮三種形式摻入石墨烯晶格結(jié)構(gòu)中。500℃下制備的N-Gr具有最佳的電化學(xué)性能，此外，其電導(dǎo)率可達(dá)9475S/m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于以GO為原料在相同條件下制備的氮摻雜石墨烯（N-RGO）的電導(dǎo)率（200S/m）。
　?。?）以氟化石墨為原料，NaHSO3、Na2S2O3·5H2O、Na2SO3以及