文献知识总结.docx

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1、文献知识总结一.几种常见的GO的还原以及石墨烯的制备方法1. 热退火还原法将GO迅速升温（2000C），通过CO或CO2气体的快速膨胀和高温使得附 着在GO上的含氧官能团的分解，两种因素的共同作用得到rGO。所制样品尺寸 小，且多有褶皱（含氧官能团被移除的同时也破坏了 GO完整的碳原子面，致使 晶格缺陷和碳平面的变形）。样品的电导率远不如完整的石墨烯。不同的含氧官 能团的键能不同（如环氧基的键能高达62Kcal /mol,而羟基只有15.4Kcal /mol。 当退火温度在700-1200 C时，羟基能被完全去除，但环氧基并没有被有效还原。） 因此，对于通过热还原法来还原GO应注意以下几点：1

2、）适当的退火温度和加 热速率；2）应在还原性气体（如H2）中退火。2. 肼（H2N-NH2）及衍生物还原还原反应主要是由肼转移引发的环氧化物开环，还原过程中N2H4等衍生物的形成 可以通过降低开环反应的势垒高度来促进深度氧化。但肼对吸附在碳层表面的羟 基，羧基以及羰基等含氧官能团不能有效还原。其还原过程如下 所示：3.溶剂化电子的Na-NH3溶液还原具有溶剂化电子的Na-NH3溶液可以起到非常有效的电子源的作用，以有效 去除依附于GO片碳层面的含氧官能团并恢复其有效的平面几何结构。另外，液 态氨具有许多固有的物理特性，例如极性和氢键，与水相当，液氨可作为分散 GO的良好溶剂。主要步骤如下（在室

3、温下进行）：GO粉末 液氨（搅拌20）Na溶剂化电子溶液（还原GO）黑色的RGO溶 液通常，含氧基团可以容易地接受溶剂化电子切割碳氧键并形成GO平面上的 碳自由基或自由基阴离子。在GO平面中的溶剂化电子和部分离域的兀共轭可以稳定碳自由基以促进兀键的形成和石墨烯中兀共轭的恢复，进而获得高质量的RGO。Na (s) + nNHs (1) t Na+ +eNH3nI Liquid ammonia / 对卷/Na+ 松木04.金属催化外延生长在超高真空条件下将碳氢化合物通入到具有催化活性的过渡金属基底如Pt、 Ir、Ru、Cu等表面，通过加热使吸附气体催化脱氢从而制得石墨烯。气体在吸 附过程中可以长满

4、整个金属基底，并且其生长过程为一个自限过程，即基底吸 附气体后不会重复吸收，因此，所制备出的石墨烯多为单层，且可以大面积地制 备出均匀的石墨烯。相交于SiC外延生长石墨烯，金属外延石墨烯还具有易于转 移的优点（通过化学腐蚀去掉金属基底）。但金属外延法制备的石墨烯的形貌和 性能受到金属衬底的影响较大，在晶格失配的过渡金属基底上，石墨烯的起皱 程度由界面处的化学键强度决定，强化学键和晶格失配将导致石墨烯的高皱折度。 5. SiC表面外延石墨烯SiC表面外延石墨烯是一种常见的石墨烯薄膜制备方法，其原理是：以SiC单晶 为衬底，首先利用氢气在高温下对SiC的刻蚀效应对衬底表面进行平整化处理， 使之形成

5、具有原子级平整度的台阶阵列形貌的表面（过快的刻蚀速度会使 SiC 表面粗糙化，所以为了减慢刻蚀速度，提高刻蚀质量，应该在刻蚀过程中保持较 高的氢气压）；然后，在超高真空的环境下，将SiC衬底表面加热到1400 C以 上，使衬底表面的碳硅键发生断裂，Si原子会先于C原子升华而从表面脱附，而表面富集的C原子发生重构从而形成六方蜂窝状的石墨烯薄膜。然而在真空 下进行的石墨化存在一系列应当注意的问题：Si原子很容易发生升华，石墨烯 在1300 C就开始生长，较低的生长温度和较快的生长速度会造成石墨烯晶体质 的下降，若提高生长温度又会使石墨烯的厚度大大增加；同时为了防止高温下氧 化，设备需要在高温下保持

6、超高真空，这为设备的设计制造带来了极大的难度。几种方法的总结:制备方法主要思路优点缺点热退火还原通过迅速升温分 解和气体的膨胀 制得RGO。所制备的样品含 氧官能团非常少。尺寸小，多褶皱， 晶格缺陷多导致 导电性差。肼（H2N-NH2）及衍生物还原将试剂加入到GO 的水分散题中，由 于肼的还原使其 疏水性增加而形 成石墨烯纳米片， 干燥后得GO。对实验的环境要 求不高，制作成本 底且产物具有一 定的导电性能。只能还原环氧基， 对羟基，羰基和羧 基等无明显还原 效果；肼具有一定 的腐蚀性和毒性。溶剂化电子 的Na-NH3溶 液还原利用Na-NH3溶液 中的溶剂化电子 还原碳层面的含 氧官能团。实

7、验简单易操作， 且无污染，成本 低，可以在室温下 进行，还原产物具 有良好的导电性， 石墨化程度高。多步还原法先用NaBH4还原 再经浓硫酸干燥， 最后在H2/Ar氛 围中进行热处理。所制备的RGO石 墨化程度高且导 电性能良好。实验步骤复杂已 引入杂质，晶格缺 陷多，其导电性低 于直接在Ar气中 退火所制备的 RGO.金属催化外延生长超高真空条件下 将碳氢化合物通 入到具有催化活 性的过渡金属基 底表面，通过加热 使吸附气体催化 脱氢从而制得石 墨烯。所制备的石墨烯 大多具有单层结 构，能够生长连 续、均匀、大面积 的单层石墨烯且 易于转移。受到衬底的影响 较大，易产生高皱 折度的石墨烯。S

8、iC表面外延石墨烯现将SiC进行表 面处理，然后再超 高真空下将其表 面加热到1400 C 以上，使得Si升 华，表面富集的C 发生重构形成石 墨烯薄膜。能够获得性能优 异的的石墨烯薄 膜。石墨烯的生长温 度和生长速率较 难控制；SiC的前期处理可 能会给样品带来 一定的污染； 生长条件苛刻，且 成本高。氧化石墨烯可通过对Hummers法的改进来制备，具体步骤如下：第一步是将石墨转化成石墨层间化合物（GIC）；第二步将GIC转化为原始石墨氧 化物（PGO）;第三步将PGO暴露于水中使其转化成GO.过程如下图所示：二.GO的还原机制GO的碳原子层上附着的氧化部分和晶格缺陷在一定程度上影响着石墨烯

9、的电子 结构。正是由于这些含氧官能团和晶格缺陷作为强散射中心影响着电子的传输， 使得GO的电导率比石墨烯要低很多。因此，GO的还原不仅涉及去除与石墨烯结 合的含氧基团，而且还要注重恢复石墨晶格的共轭网络，从而恢复石墨烯的高电 导性。aromattc domain: surface area of p-carbonsoxidized domain: surface area of sp-carbons, vacanciesr etc.附着在碳原子层平面上的官能团要比处在边缘的官能团（造成缺陷的除外， 如在还原过程中产生的晶界，其对产物的导电率影响很大）对载流子传输影响较 大，因此，GO的还原主要

10、是为了消除平面上的环氧基和羟基等含氧基团。而不 同的含氧基团与碳原子结合的键能有所差异，特别是在热还原中的脱氧过程，碳 平面之间不同的含氧官能团的结合能（或解离能）是评估电导率可恢复性的重要 指标。如环氧基树脂的键能要比羟基大得多，因此环氧基树脂要比羟基更难还原。 而当初始羟基和环氧基彼此靠近时，更容易形成在热力学上非常稳定的羰基和醚 基。因此，若使用热还原法去除一些含氧官能团，实验中所设定的退火温度要足 够的高（通常在1000C以上）。三.在石墨烯以及石墨烯氧化物的制备过程中所涉及到的测试方法有：1. 通过AFM或SEM可以观测到所制样品表民的平整度和形貌，可粗略观察到样品 的厚度；2. 通过XRD可确定所制样品的组成成分；3. 通过对样品X射线光电子能谱（XPS）中各个峰所对应键能的分析可以得出样 品中含有的官能团，进而判断样品的石墨化程度；4. 通过分析样品Raman光谱中D,G以及2D峰的峰强和峰所对应的波长来得出石墨烯中共轭键的恢复程度；通过I(D)/I(G)的大小来判断石墨烯中碳原子的晶格缺陷程度；5. 傅立叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)