石墨烯制备和在电研究领域应用

《石墨烯制备和在电研究领域应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、石墨烯制备和在电研究领域应用　　【摘要】石墨烯具有独特的结构和优异的电学、热学、力学等性能。由于石墨烯具有巨大的表面体积比和独特的高导电性等特性，石墨烯在电化学领域中有着诱人的应用前景，因此，石墨烯材料的制备及其在电化学领域应用的研究是石墨烯材料研究的一个重要领域。本文综述了石墨烯的制备及其在电分析化学领域中应用的研究现状。【关键词】石墨烯结构制备电化学应用1.引言石墨烯是单层碳原子紧密堆积形成的六方蜂巢状晶格结构的晶体，它独特的二维结构使其具有优异的电学，热学，力学及化学性质，所以自2004年英国曼切斯特大学的KostyaNovoselov等发现石墨烯以后，石

2、墨烯在全世界范围内掀起了一股新的研究热潮，但是石墨烯片层间存在较大的范德华力，易发生堆积和聚集，从而限制了石墨烯在许多方面的应用。为了解决以上问题，人们采用在石墨烯片层间掺杂，不仅有效避免石墨烯片层因聚集而重新回到石墨晶体，而且大大改善石墨烯材料的电子传导性。本文综述了石墨烯在电分析领域的应用研究进展，并展望了未来发展前景。2.石墨烯的主要制备方法2.1机械剥离法9机械剥离法（Mechanicalcleavage）是最早用于制备石墨烯的方法，主要通过机械力从新鲜石墨晶体的表面剥离出石墨烯片层。早期的机械剥离法所制得的石墨薄片通常含有几十至上百个片层，随着技术方法

3、的改进，逐渐可以制备出层数为几个片层的石墨薄片。Novoselov等[1]将此方法运用至极限。他们利用微机械剥离法（Micromechanicalcleavage）首次成功地从高定向热解石墨（Highlyorientedpyro-lyticgraphite）上剥离并观测到单层石墨烯。所制备的石墨烯在外界环境下能稳定存在，具有良好的晶体质量和宏观尺寸。该方法操作简单，无需太多繁琐的实验步骤，但所制备的石墨烯薄片尺寸不易控制、产率较低，而且难以规模化制备单层石墨烯。2.2氧化还原法该方法主要采用强酸（如浓硫酸和发烟硝酸等）将本体石墨进行氧化处理，通过热力学膨胀或者强

4、力超声进行剥离，利用化学还原法或其它方法将氧化石墨烯（Grapheneoxide，GO）还原为石墨烯。根据氧化剂的不同，常用的方法主要有Brodie法、Staudenmaier法和Hummers法。2.3SIC分解法Heer小组利用6H-SiC的热分解作用来制备石墨烯片层，为石墨烯的制备引入一种新的方法。以单晶6H-SiC为原料，在超低真空（1×10-10Torr）下高温（1200～14509℃）热分解其中的Si，最后得到连续的二维石墨烯片层膜。通过对不同反应阶段产物的低能电子衍射（Lowenergyelectrondiffractionpatterns，LEE

5、D）和扫描隧道显微（Scanningtunnelingmicroscope，STM）分析证实石墨烯是沿着SiC下方取向附生。通过俄歇电子能谱（Augerelectronspectroscopy，AES）确认所得产物含的片层数。导磁性测量显示所制备的石墨烯产物具有二维电子气属性（2DElectrongasproperties），包括各向异性、高流动性及二维局域性。为简化实验过程，Juang等，通过在SiC基底上预先镀一层Ni膜，使得反应温度降低到750℃，实现了石墨烯的低温制备。2.4化学沉积法作为制备半导体薄膜材料的经典方法，化学气相沉积法（Chemicalva

6、pordeposition，CVD）也被应用于石墨烯的制备。早在1990年前，Johansson等[4]便通过CVD法制备石墨薄膜。CVD法制备石墨烯时一般过程为：先在基底表面形成一层过渡金属薄膜，以此金属膜为催化剂，以CH4为碳源，经气相解离后在过渡金属膜表面形成石墨烯片层，最后通过酸液腐蚀金属膜得到石墨烯。文献报道用于CVD法制备石墨烯的过渡金属有Cu，Co，Pt，Ir，Ru及Ni等。2.5其他方法利用CO提供碳源，Kim等首次通过直接还原CO9的方法制备得到石墨烯片层。以CO和Ar组成的混合气体（10%CO）为载气，在1300℃高温下灼烧Al2S3粉未，最

7、终得到α-Al2O3和石墨烯片层，相应的反应方程式为：Al2S2（s）+3CO（g）→Al2O3（s）+3C（g）+3S（g），C（g）→graphenesheets（s）近，Qian等采用有机合成法，制备了具有确定结构而无缺陷的石墨烯纳米带；Jiao等利用CNTs“剪开”铺展，得到石墨烯。这些方法为石墨烯的制备提供了新途径。此外，为适应不同的应用需要，关于石墨烯与其它材料形成复合材料的制备方法也不断被报道。石墨烯能与多种聚合物（如聚苯胺、聚苯乙烯、聚（3，4-亚乙二氧基噻吩）、聚丙烯胺等）和金属纳米粒子（如Au，Pt，Pd等）形成复合材料。Shan等采用共价键

8、合法，在碱性溶液中制备了