碳化硅石墨类材料复合物的制备及其性能研究

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1、密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文作者姓名：王云簋指导教师：堑国强副班塞虽虫国科堂瞳出酉煤炭化堂研究历学位类别：王堂亟±学科专业：挝料堂培养单位：生国科堂院出酉煤炭化堂班塞压2013年5月ThePreparationandPropertiesofSiliconCarbide／GraphiteCompositesByWangYunweiADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentof

2、therequirementForthedegreeofMasterofEngineeringShanXiInstituteofCoalChemistryUniversityofChineseAcademyofSciencesMay,2013致谢本论文是在靳国强老师和郭向云老师的精心指导下完成。两位老师严谨的治学态度和一丝不苟的科研作风，以及举重若轻的生活态度是学生一生学习的榜样。在煤化所909组的学习使我在各方面都取得了一定的收获，为我将来工作打下了良好的基础。谨此论文完成之际，谨向培养、关怀我的两位老师致以崇高的敬意和诚挚的谢意。感谢王英勇老师、童希立老师在工

3、作和生活上的悉心关照!感谢同学师友闰晓燕、郝建英、郭晓宁、职国娟、于跃、董莉莉、杨鹏、谢松、赵曼、郭鹏飞、郭聪秀、郝彩红、焦志峰在学习和生活给予的热情帮助。感谢研究生部的各位老师在我学习和生活上给予的帮助。感谢所有帮助过我的老师和同学：感谢我的家人对我的一如既往的支持与关心。在硕士的三年中经历了很多，对生命，生活有了更多的感悟，我也从中学习到很多，这所有的一切都将成为我以后人生道路的宝贵财富，将使我的人生更加丰满!王云伟锨3失5裹摘要碳化硅材料因其稳定的物理化学性能，高的热导率，较小的膨胀系数等优点被广泛应用于催化、航天、制造以及电子器件等领域。特别是碳化硅独特的

4、电子结构，使其作为第三代半导体被广泛应用于高频、高温、高能的电子光学器件中，以及被越来越多能源科学家所重视的可见光光催化领域。单纯的碳化硅仍难以完全满足作为光催化剂的实际应用需求。制备新型碳化硅复合材料已经成为改善碳化硅光催化性能的有效途径。石墨烯作为一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是目前最薄，最硬，电阻率最小的材料。其极低的电阻率和极快的电子迁移的速度，使其有望用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管，也常常被用于制备复合材料以提高半导体材料的导电性能。本论文旨在制备新型的碳化硅／石墨烯复合物材料，结合石墨烯与碳化硅两者的优点，利用石墨烯良好

5、的导电率以提高碳化硅光生电子与空穴的分离能力，开展的研究工作如下：1)利用化学嫁接的方法合成了不同比例的碳化硅与石墨烯复合物，考察了复合物组成比例对碳化硅／石墨烯复合物可见光光催化分解水活性的影响，并以机械混合物和纯的碳化硅粉末在同等条件下的光催化分解水的性能为对比，得出了碳化硅与石墨烯复合的最佳组成比例为1：0．037。通过X．射线光电子能谱，透射电子显微镜考察了复合物的微观结构，表征结果显示在碳化硅与石墨烯之间形成了界面有效的促进了光生电子与空穴的分离，进而使碳化硅／石墨烯复合物在可见光下光催化分解水的能力提高了90％以上。2)以膨胀石墨和硅溶胶为原料，合成了

6、一种碳化硅包覆石墨化碳的3一C碳化硅。光分解水实验性能测试发现该碳化硅在12h内几乎不能分解水，这一结果表明光生电子被高效的传递到包裹于碳化硅内部的石墨上，因而未能与水接触促进分解水反应的发生。但是该材料表现出一种独特的发光性质，常温荧光光谱技术证实该材料荧光发射峰由蓝光红移至黄绿光，且发光性能稳定，进一步拓展了碳化硅的发射光谱，为碳化硅在光致发光领域的应用提供了一种可能。关键词：碳化硅，石墨，复合材料，光催化，光致发光ⅢABSTACTSiliconcarbideiswidelyusedincatalysis，aerospace，manufacturing，ele

7、ctronicsandotherfieldsbecauseofitsstablephysicalandchemicalproperties，highthermalconductivity,smallexpansioncoefficient，etc．Especiallyowingtoitsuniqueelectronicstructure，siliconcarbide，asthethirdgenerationofsemiconductor,iswidelyusedinhi曲行equencBhightemperature，hi曲energyelectronoptics

8、，aswe