石墨烯的宏量制備、可控組裝及電化學(xué)性能研究.pdf

1、石墨烯作為一種新型的二維碳質(zhì)材料，具有獨特的結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)以及熱學(xué)性質(zhì)，在微電子器件、儲能、催化、傳感器以及功能型復(fù)合材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，目前石墨烯的制備、分散以及精細結(jié)構(gòu)控制還存在很多瓶頸，限制了石墨烯的深入研究以及實用化進程。本論文針對石墨烯的制備以及電化學(xué)應(yīng)用，在材料制備方面重點研究了石墨烯的宏量制備、粉體材料的分散、石墨烯基材料的組裝，在應(yīng)用探索方面重點考察了石墨烯的電化學(xué)傳感以及電化學(xué)儲能特性

2、。
　　在制備方面，論文提出可實現(xiàn)石墨烯粉體材料宏量制備的低溫負壓化學(xué)解理方法。通過對氧化石墨熱行為的分析，提出在含氧官能團集中分解的150~250℃區(qū)間創(chuàng)造負壓環(huán)境，造就足夠的內(nèi)外壓力差，實現(xiàn)氧化石墨烯片層的充分剝離以及還原。獲得的石墨烯材料具有很好的結(jié)構(gòu)完整性，并且以單層為主；石墨烯具有與高溫化學(xué)解理法所獲得石墨烯不同的表面化學(xué)，具有較高的電化學(xué)比電容。
　　在分散方面，論文提出使用單鏈DNA作為分散劑，實現(xiàn)了石墨烯片層

3、的高濃度單分散。組裝得到的石墨烯/DNA雜化物可以促進電化學(xué)反應(yīng)中的直接電子轉(zhuǎn)移，并且對雙氧水具有良好的電化學(xué)響應(yīng)。同時，使用DNA作為分散劑制備了石墨烯/NiO/DNA雜化物，其作為新型的無酶傳感器實現(xiàn)了對葡萄糖的高靈敏度檢測，具有檢測限低、靈敏度高、穩(wěn)定性好以及響應(yīng)時間快等優(yōu)點。
　　在二維結(jié)構(gòu)組裝方面，論文設(shè)計出具有良好離子和電子傳輸特性，并且具有良好穩(wěn)定性的石墨烯基層狀“三明治”結(jié)構(gòu)。利用石墨烯片層的二維特征以及氧化物納米

4、顆粒的零維結(jié)構(gòu)特征，通過多步自組裝法構(gòu)建出層狀“三明治”結(jié)構(gòu)雜化薄膜；功率以及循環(huán)性能測試證明該結(jié)構(gòu)具有很好電化學(xué)應(yīng)用前景。
　　本論文發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯作為一種粘結(jié)組分，可以將表面活性劑分散的石墨烯片層連接起來，并且在氣液界面組裝得到了宏觀的石墨烯薄膜材料。通過控制氧化石墨烯的含量可以實現(xiàn)對薄膜導(dǎo)電性的調(diào)節(jié)。
　　在三維結(jié)構(gòu)組裝方面，論文提出一步自組裝法，化學(xué)還原的氧化石墨烯輔以KMnO4，在溫和條件下組裝獲得具有核殼復(fù)合結(jié)構(gòu)