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

【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。 【关键词】：石墨烯 低温 制备 高品质 应用
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 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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