石墨烯還原方式對其結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能的影響.pdf

1、石墨烯是由sp2雜化的單層碳原子組成的六角蜂巢狀結(jié)構(gòu)，只有一個原子層厚度，為0.34nm。在氧化還原法制備石墨烯的過程中，采用氧化石墨烯（GO）為原料，經(jīng)化學(xué)或熱還原方式還原是制備石墨烯（RGO）的常見工藝。GO上有不同種類、數(shù)目眾多的含氧基團(tuán)，采用何種還原工藝可最有效的去除含氧基團(tuán)，保證石墨烯的高性能一直未見報道。本文采用多種還原工藝對GO進(jìn)行還原，通過XRD、SEM、Raman、XPS和化學(xué)滴定法對制備得到的產(chǎn)物進(jìn)行形貌和結(jié)構(gòu)方面的

2、測試表征，并探究石墨烯試樣的導(dǎo)電性能，闡明不同還原方式對不同種類含氧基團(tuán)的還原能力。
　　本文將化學(xué)還原和熱還原方式相結(jié)合，設(shè)計了一步還原和兩步還原工藝。一步還原法包括氮氣氣氛直接熱還原、維他命C微波輔助還原、肼還原和硼氫化鈉還原。兩步還原法包括維他命C微波/熱還原、肼/熱還原。研究發(fā)現(xiàn)：直接熱還原、肼還原和兩步還原法均能得到形貌為薄紗狀片層的石墨烯。在三種有熱還原參與的RGO制備過程中，還原效果（C/O、碳網(wǎng)結(jié)構(gòu)占比）隨熱處理溫

3、度升高而增加。當(dāng)熱處理溫度為1000℃時，直接熱還原和維他命C微波/熱還原所得試樣C/O分別達(dá)到46.62和46.31，而肼/熱還原的試樣C/O為23.82。還原過程均能引起石墨烯片層變小，缺陷和無序度增加。同時化學(xué)滴定法分析得到直接熱還原引起羰基含量增加，維他命C微波/熱還原能有效還原羥基。
　　電學(xué)測試結(jié)果表明，經(jīng)退火處理試樣電導(dǎo)率隨還原溫度增加而增加。本實驗所得石墨烯的電導(dǎo)率最大值為17038S/m，雖與石墨烯的理論電導(dǎo)率（

4、6×105S/m）有一定的差距?；瘜W(xué)還原預(yù)處理能提高試樣的導(dǎo)電性能，不同的還原方式對石墨烯導(dǎo)電能力影響不同，平均導(dǎo)電能力：肼/熱還原試樣>VC/熱還原的試樣>直接熱還原的試樣。并且，試樣的電導(dǎo)率與C/O和sp2組分均呈正相關(guān)關(guān)系。
　　化學(xué)滴定法測得直接熱還原試樣的羧基和羰基含量較多，而VC/熱還原試樣的酯基和羥基含量較多，肼還原試樣的四種基團(tuán)含量居中。結(jié)合模擬計算結(jié)果可以預(yù)測：1）位于于石墨烯邊緣的羰基和羧基能產(chǎn)生較寬的帶隙，這