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低温条件下高品质石墨烯的合成及其在水污染处理中的应用

作　者: 甘晓初
导　师: 罗涛
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 无机化学
关键词: 石墨烯 低温 制备 高品质 应用
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本论文以原位合成石墨烯为目标牵引,重点探索低温制备高品质石墨烯的原理和方法。首次采用六氯苯为碳源,分别在铜箔、硅片、二氧化硅等基底上采用化学气相沉积法制备石墨烯,通过设计实验过程和优化实验条件成功制备了单层和多层石墨烯,并对石墨烯的制备原理和石墨烯层数控制进行了初步研究,主要研究结果和创新点如下:1、首次采用铜催化六氯苯脱氯在铜箔表面制备单层石墨烯。在单层石墨烯制备过程中,铜箔不仅作为石墨烯的沉积基底,同时还发挥了促进六氯苯脱氯的催化作用,实现了在360℃的较低温度下单层石墨烯的制备。2、通过热解六氯苯在硅片、二氧化硅、铜箔基底上原位沉积了多层石墨烯。因为采用了新型的碳源六氯苯,降低了沉积温度。3、通过对石墨烯低温制备机理的研究,发现Cu对六氯苯脱氯的催化作用在石墨烯低温制备过程中起到决定性作用。由于Cu的存在不仅大大降低六氯苯的脱氯温度,同时还提高了六氯苯脱氯的效率和完全性,因而可以在相对较低的温度下在铜箔上沉积单层石墨烯。4、通过对温度的调制,在铜箔表面可以调控合成石墨烯的层数。在六氯苯无催化剂热解脱氯温度400℃以下,可以在铜箔表面得到单层石墨烯。随着提高沉积温度,分别在460℃和560℃得到双层和多层石墨烯。本论文的研究结果为低温制备石墨烯提供了新的原理和方法,并为石墨烯层数可控制备提供了新途径。

全文目录


摘要  7-8
Abstract  8-9
第一章 绪论  9-32
  1.1 石墨烯的发现和发展  9-10
  1.2 石墨烯的结构  10-12
  1.3 氧化石墨烯的结构  12-13
  1.4 石墨烯的性质  13-15
    1.4.1 石墨烯的电学性质  13-14
    1.4.2 石墨烯的热学性质  14
    1.4.3 石墨烯的力学性质  14-15
    1.4.4 石墨烯的光学性质  15
  1.5 石墨烯的制备方法  15-27
    1.5.1 微机械剥落法  16-17
    1.5.2 化学气相沉积  17-24
    1.5.3 化学剥离法制备氧化石墨烯  24-27
  1.6 石墨烯的应用  27-32
    1.6.1 石墨烯在储能材料上的应用  27-30
    1.6.2 石墨烯复合材料的应用  30-32
第二章 低温条件下石墨烯的合成  32-49
  2.1 引言  32-33
  2.2 实验药品及仪器设备  33-34
    2.2.1 药品及试剂  33-34
    2.2.2 实验仪器和装置  34
  2.3 制备流程  34-36
    2.3.1 制备实验台介绍  34-35
    2.3.2 制备实验流程介绍  35-36
  2.4 制备过程  36-41
    2.4.1 实验探究过程-CVD 法六氯苯在铜箔上的反应  36-37
    2.4.2 实验过程  37-41
  2.5 实验样品结构的表征分析  41-49
    2.5.1 光学照片分析  41-42
    2.5.2 SEM 照片分析  42-43
    2.5.3 拉曼光谱(Raman)分析  43-46
    2.5.4 石墨烯样品的X 射线光电子能谱分析表征分析  46-49
第三章 纯苯和六氯苯在中温条件下的沉积  49-55
  3.1 纯苯在800℃条件下在硅片上的沉积  49
  3.2 六氯苯800℃条件下在铜箔上的沉积  49-50
  3.3 纯苯800℃条件下在铜箔上的沉积  50-52
  3.4 六氯苯800℃条件下在Si0_2 上的沉积  52
  3.5 纯苯800℃条件下在Si0_2 片上的沉积  52-53
  3.6 第二三章小结  53-55
第四章 石墨烯复合材料在水污染处理中的应用探究  55-60
  4.1 引言  55
  4.2 氧化石墨烯的制备  55-56
    4.2.1 实验原料  55-56
    4.2.2 氧化石墨烯的制备  56
  4.3 二氧化硅小球的制备  56-57
    4.3.1 实验原料  56
    4.3.2 Si0_2 纳米小球的制备实验  56-57
  4.4 Graphene@ Si0_2 复合物的制备和对氯代苯酚的吸附  57-60
    4.4.1 实验流程  57
    4.4.2 表征分析  57-60
第五章 结论  60-62
参考文献  62-70
致谢  70-71
论文  71

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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