不同成因石墨的晶体化学特征及对石墨烯的影响.pdf

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1、不同成因石墨的晶体化学特征及对石墨烯的影响2012鲜海洋硕士矿产普查与勘探彭同江教授ClassifiedIndex:P57U.D.C:54SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMasterDegreeThesisCrystal-chemicalcharacteristicsofgraphiteindifferentgenetictypesandtheinfluencesongrapheneGrade:2012Candidate:XianHaiyangAcademicD

2、egreeAppliedfor:MasterSpeciality:MineralResourceProspectingandExplorationSupervisor:Prof.PengTongjiangApr.15,2015独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下（或我个人……）进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的

3、任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用和授权的说明本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期：西南科技大学硕士研究生学位论文第I页摘要基于我国石墨矿产资源丰富，矿石种类齐全，产出有晶质和微晶两种，且石墨可作为规模化制备石墨烯的天然原料，本论文以研究不同地质成因石墨的矿物学特征

4、为基础，通过氧化-还原法制得还原氧化石墨烯（简称石墨烯），系统地研究了不同成因石墨的晶体化学特征及其对氧化-热剥离还原过程中结构及性能变化的影响规律，对实现石墨烯产业化的原料选择及应用具有重要的理论价值和实际意义。对我国典型石墨矿山石墨矿物的矿物学特征研究表明，我国产出石墨主要为2H型石墨，同时不同程度地含有3R型多型；晶质与微晶石墨的石墨化度均较高，在后期的地质作用或人工加工改造过程中，可产生由机械作用引入的次生缺陷，进而引入O元素，且晶胞体积随晶体结构中O元素含量的增加而增大。由于其片径的差异导致前者的结构

5、稳定性、可浮性与导电性均优于后者。在对石墨矿物学特征研究的基础上，选用典型晶质和微晶石墨样品为原料，采用改进Hummers法制得不同成因石墨的系列氧化石墨，然后采用热剥离还原氧化石墨制得石墨烯。通过多种分析表征手段，研究了不同成因石墨在氧化-热剥离还原制备石墨烯过程中的属性变化过程。结果表明，在氧化-热剥离还原过程中，两种类型石墨结构属性的变化规律基本一致，制备的石墨烯均为轻质、多孔、高比表面积的多层石墨烯堆叠聚集体材料。在相同的条件下，微晶石墨氧化产物的结构有序度、导电性均始终低于晶质石墨的氧化产物；微晶石墨

6、具有较高的反应活性，比晶质石墨更容易被氧化和被还原；微晶石墨比晶质石墨氧化后含有更多的COOH、C-OH和更少的C-O-C，且微晶氧化石墨可剥离性较差，制备氧化石墨烯的产率较低。氧化石墨烯片径尺寸减小倍数与晶质石墨平均尺寸呈正比关系，且随着晶质石墨原样粒度增大，氧化石墨烯的产率逐渐下降。随着石墨氧化程度增加，结构无序度、含氧官能团与制备氧化石墨烯产率逐渐增高（多），π体系共轭程度与导电性逐渐降低；热剥离还原后膨胀容积、结构无序度逐渐增大，石墨烯堆叠层间距、电阻率逐渐减小；随着还原程度升高，石墨烯堆叠层间距、含氧

7、官能团与电阻率逐渐减小（少），结构无序度逐渐增高。采用循环伏安、恒流充放电和电化学阻抗谱测试手段对不同成因石墨制备的石墨烯材料的超级电容性能进行了研究。结果表明，晶质与微晶石墨制西南科技大学硕士研究生学位论文第II页备的石墨烯材料均表现为较好的双电层电容特性。提高石墨氧化程度有助于提高其还原后的比电容，但较高的氧化程度会导致还原的石墨烯材料的导电性变差。在相同的氧化条件下，提高热剥离还原温度可增加石墨烯材料的循环稳定性，但比电容随温度先增高至最大值后呈下降趋势。以晶质石墨为原料制备的石墨烯材料的超级电容性能略优

8、于以微晶石墨为原料制备的石墨烯的超级电容性能。通过制备的石墨烯对亚甲基蓝（MB）的吸附实验研究了石墨烯的吸附性能。结果表明，石墨烯对MB的吸附反应为自发进行的吸热反应，吸附作用力来自于石墨烯和MB分子中的π-π共轭作用。吸附量受初始浓度等多个因素影响。晶质石墨制备的石墨烯对MB的吸附量小于微晶石墨制备的石墨烯，且后者的初始吸附速率大于前者。关键词：石墨晶体化学石墨烯超级电容吸附西南科技