石墨烯的功能化及其光電性能研究.pdf

1、石墨烯自2004年被發(fā)現(xiàn)以來便以其優(yōu)異的性能而引起了廣泛關(guān)注。作為一種零帶隙的半導(dǎo)體材料，石墨烯具有極高的載流子遷移率和特殊的輸運特性，在場效應(yīng)晶體管、光伏電池、液晶顯示等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。本文以氧化石墨烯(GO)和還原氧化石墨烯(RGO)為研究對象，采用多種功能化方法對其進(jìn)行化學(xué)和物理修飾，并研究其各項光電性能，為其在光電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用提供依據(jù)。
　　 采用改性Hummers法制備了在極性溶劑中具有良好分散性的單層GO，片層

2、厚度0.9～1.1 nm，尺寸從幾百納米到幾微米，表面呈褶皺結(jié)構(gòu)，紅外光譜與X射線能譜分析表明GO表面帶有羥基、羧基、環(huán)氧基等含氧基團。采用肼可控還原GO，還原后其層間距減小，雖然無法完全恢復(fù)到石墨態(tài)，但RGO的共軛結(jié)構(gòu)得到部分恢復(fù)，電導(dǎo)率提高到0.15 S/m。
　　 通過超分子自組裝方法分別制備了GO與萘酞菁(NPc)及偶氮苯的雜化材料。光譜分析表明GO與NPc及偶氮苯之間π-π相互作用較強，熒光發(fā)生了明顯的猝滅，表明存在由

3、NPc或者偶氮苯向GO的電子或能量轉(zhuǎn)移。當(dāng)GO與NPc的質(zhì)量比達(dá)到1:6時，其光譜發(fā)生明顯變化，推斷兩者完全復(fù)合，復(fù)合后材料具有明顯的光電流響應(yīng)。在紫外光照下，RGO表面的偶氮苯生色團具有快速可逆的光致異構(gòu)化性能，光照下材料的電導(dǎo)明顯增強，表明在材料內(nèi)部存在快速有效的電子轉(zhuǎn)移。
　　 采用共價接枝的方法將偶氮苯衍生物聯(lián)接到石墨烯表面，制備了紫外光響應(yīng)性偶氮苯接枝石墨烯(GO-AZO)雜化材料，共價鍵合作用改變了GO原有的片層結(jié)構(gòu)

4、，片層易于團聚，在較小區(qū)間內(nèi)存在短程有序結(jié)構(gòu)。光譜分析發(fā)現(xiàn)偶氮苯與GO之間存在較強的電子相互作用，使其吸收峰發(fā)生紅移，熒光發(fā)生猝滅，熒光壽命縮短。接枝到石墨烯上的偶氮苯生色團具有可逆的光致異構(gòu)化行為，且異構(gòu)化速率降低。在紫外光照射下雜化材料的光電轉(zhuǎn)換特性的結(jié)果顯示：當(dāng)偶氮苯的異構(gòu)化速率較低時，可通過紫外光可逆調(diào)控石墨烯片層的導(dǎo)電性能；當(dāng)異構(gòu)化速率較高時，材料在紫外光照下具有快速可逆的光電流響應(yīng)，開/關(guān)電流比>8，響應(yīng)時間<500 ms，

5、這是由于在GO-AZO體系內(nèi)部存在有效的電子給體-受體結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)光生載流子的快速轉(zhuǎn)移與傳輸。
　　 通過溶液共混及真空抽濾法制備了細(xì)菌纖維素/氧化石墨烯(BC/GO)復(fù)合薄膜，紅外光譜顯示GO上的含氧基團與BC上的羥基等具有強烈的相互作用，改變了BC原有的分子內(nèi)及分子間氫鍵構(gòu)成，GO的加入使BC的結(jié)晶度下降。BC/GO復(fù)合膜具有良好的機械性能，其楊氏模量和斷裂強度均有提高。將GO在BC基體中原位還原，當(dāng)RGO的含量為1 wt