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《吉林大学》 2012年
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氧化石墨烯及石墨烯基半导体复合物的制备与表征

何潺  
【摘要】:石墨烯,是一种由稠环结构紧密堆积而成的二维蜂窝状晶格结构的单层碳原子薄膜,是其它碳质材料如富勒烯,碳纳米管,石墨的基本组成单元,也是目前世界上已知的最薄的新型材料。完美的石墨烯因其独特的结构特点而具有许多优异的物理性质,如极高的电子迁移率,大的热导率,高的理论比表面积,优异的机械性能等,从而引起了人们的广泛关注。石墨烯的二维膜状结构及其表面带有的含氧官能团有利于其它功能材料的镶嵌或负载从而形成复合物,进而表现出单个单体所不具有的优异性质,尤其是石墨烯基的半导体光催化剂材料,在环境及能量领域更是表现出了巨大的应用前景。石墨烯结构中存在的离域大π键,可以作为一个大的电子接受器,光生电子可以向石墨烯表面转移而降低电子-空穴对重新复合的机率,进而提高材料的光催化效率。同时石墨烯的离域大π键使其可以与一些染料分子中的芳香结构通过π-π堆叠作用联接,从而增加染料分子的吸附量,因此也可以提高材料的光催化效率。本文从两个角度来改进石墨烯及石墨烯基样品的光催化行为:一,调节半导体石墨烯的禁带宽度,使其对光谱响应(尤其是对可见光响应)的范围增大;二,减小石墨烯基半导体材料的电子-空穴对复合机率。因此本文的研究内容主要集中在以下两个方面: 一、在改进的Hummers法的基础上,通过改变高锰酸钾的加入量,得到了一系列不同含氧量的氧化石墨烯样品,并用水合肼还原得到了还原的石墨烯样品(rGO)。采用化学手段调节石墨烯中含氧量的方法实现了石墨烯的带隙可控合成,得到了能对可见光产生响应的石墨烯半导体。 二、用化学方法氧化展开碳纳米管得到了条状的氧化石墨烯纳米条,将氧化锌与二氧化锡纳米粒子分别与之相复合并经热还原制备了石墨烯基氧化锌纳米复合物及石墨烯基二氧化锡纳米复合物。讨论了氧化石墨烯纳米条的含氧量与氧化锌纳米粒子负载量的关系,即氧化锌的负载量随着氧化石墨烯的含氧量的增加而增加。用XRD,SEM,TEM,IR,XPS,PL等测试手段对所得到的样品进行了表征,石墨烯基氧化锌复合物中的氧化锌纳米粒子为纤锌矿结构,直径约为5nm左右,石墨烯基二氧化锡复合物中的SnO2纳米粒子为5-15nm左右,为正方晶系结构。两种复合物的光致发光光谱信号均很弱,表明用石墨烯分离电子-空穴对的目的已经达到,即得到的石墨烯基复合物可能有着更高的光催化活性。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TB383.1

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