石墨烯基金屬納米復合材料的制備及電學性能研究.pdf

1、石墨烯，一種由單層碳原子緊密堆積成的二維蜂窩狀晶格結構碳質材料，是2004年英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·海姆（A.K.Geim）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（K.S.Novoselov）共同發(fā)現(xiàn)的，石墨烯的發(fā)現(xiàn)填補了碳基材料在二維領域上的空白。由于其具有特殊的納米結構以及優(yōu)異的物理性能，近年來在實驗科學和理論科學領域受到了極大的關注，被認為是未來能夠取代硅的一種新型電子材料?；谑┑膹秃喜牧弦言陔娮訉W、光學、磁學、生物醫(yī)學、傳感器

2、、儲能等諸多領域顯示出了巨大的應用潛能。本論文主要以化學修飾后的石墨烯——氧化石墨烯為前驅體，使用不同方法制備了石墨烯基金屬或金屬半導體納米復合材料，制得的石墨烯基復合材料展現(xiàn)出諸多優(yōu)異的物理學性能。主要內容如下：
　　1.化學法制備氧化石墨烯
　　采用Hummers法成功制備了氧化石墨原料，經(jīng)過超聲剝離得到單分散的氧化石墨烯（Graphene Oxide），并對其進行了紅外和拉曼光譜、掃描電鏡以及X-粉末衍射表征。

3、　　2.利用不同方法制備石墨烯納米薄片
　?。?）氧化還原法使用硼氫化鈉和水合肼兩種還原劑，對超聲剝離后的單分散氧化石墨烯進行熱還原，制得的石墨烯進行導電率測試，對比發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯還原后重新石墨化，導電性恢復。
　　（2）物理超聲剝離法采用物理微機械超聲手段，用乙醇、鄰二氯苯等有機溶劑對石墨進行剝離，得到了單層和多層石墨烯。測試結果表明有機小分子或含苯環(huán)分子能對層狀石墨原料進行層層剝離。
　　3.使用“同步還原”法制備

4、石墨烯基Ag納米薄膜
　　以氧化石墨烯為納米襯底，硝酸銀為Ag的供體，采用“同步還原法”制備了準二維的石墨烯基銀（GNs-Ag）納米粒子復合膜。在反應體系中，游離的金屬正離子首先吸附到氧化石墨烯的含氧官能團上（主要是羧基），然后在還原劑作用下，金屬離子和含氧官能團發(fā)生同步還原，生成金屬納米粒子，同時含氧官能團消失。吸附在石墨烯邊緣的銀納米粒子，作為石墨烯片層之間電子傳輸?shù)臉蛄海沂故┍∑嗷ミB接成膜，有效阻止了石墨烯納米薄片

5、的團聚，使其表現(xiàn)出良好的導電性和熱力學穩(wěn)定性。
　　4.“原位吸附沉積”法制備石墨烯基Ag2S金屬半導體納米復合物，并研究了該復合物在超級電容材料中的應用。結果表明，Ag2S半導體納米粒子功能化石墨烯具有很高的比電容，是未來理想的超級電容材料。
　　5.“水熱法”合成Ag/Ag2S/石墨烯納米復合材料，測試結果說明，三相復合材料具有更復雜的界面結構和行為，由于微結構與宏觀性能的密切關系，復合材料的界面研究必將是材料學研究的熱