石墨烯的制备功能化及在化学中的应用精.ppt
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1、石墨烯的制备功能化及在化学中的应用第1页,本讲稿共17页什么是石墨烯?石墨烯的分子结构The molecular structure of grapheme第2页,本讲稿共17页石墨烯的概况2004年由Novoselov K.S.和Geim A.K.首次发现。由碳原子以SP2杂化连接的单原子层构成的新型二维原子晶体。世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,厚度仅为0.35nm强度达130GPA,是钢的100多倍;热导率可达5000wm-1k-1,是金刚石的3倍;电阻率约10-6cm,比铜或银更低。第3页,本讲稿共17页石墨烯的制备n机械剥离法 用机械力的作用剥离出石墨烯片层。尺寸不易控制,产率低,不适
2、合大规模生产。n氧化还原法 用强氧化剂在石墨层间引入含氧官能团,通过外力剥离得到单原子厚度氧化石墨烯再进一步还原可得石墨烯n化学气相沉积法(CVD)将过渡金属薄片或者膜置于碳氢化合物气体中,过渡金属作为催化剂,在容器中高温使碳氢化合物裂解,从而在基板上沉积形成石墨烯膜。Novoselov.K.S和Geim.A.K用此法首次制得石墨烯。此法制得的石墨烯为独立单层石墨烯片,实验条件简单,是目前研究最多的方法。此方法最大的优点在于可制备出面积较大的石墨烯片。第4页,本讲稿共17页n晶体外延伸法 先将6H-SiC表面进行氧化或H2刻蚀预处理,再在高真空下加热除去氧化物,最后加热至1250 1450 后
3、恒温1 min20 min得石墨烯片层。n电化学方法 将两个高纯的石墨棒平行插入含有离子液体的水溶液中,控制电压在10-20V,30min后阳极石墨棒被腐蚀,液体中的阳离子在阴极还原形成自由基,与石墨烯片中的电子结合,形成离子液体功能化的石墨烯片,之后经洗涤干燥得到石墨烯。能够制得1-2碳原子层厚的石墨烯,但难以获得大面积、厚度均一的石墨烯。此法制备的石墨烯片层大于单原子层厚度。第5页,本讲稿共17页石墨烯的功能化为何要功能化?氧化石墨烯氧化石墨烯石墨烯石墨烯表面含有大量含表面含有大量含氧基团氧基团溶解性提高,但溶解性提高,但导电性下降导电性下降。化学稳定性高,表化学稳定性高,表面呈惰性状态面
4、呈惰性状态。片与片之间范德华力片与片之间范德华力强,容易产生聚集。强,容易产生聚集。难容于水以及常难容于水以及常用有机溶剂用有机溶剂第6页,本讲稿共17页如何功能化?石墨烯的功能化石墨烯的功能化共价键功能化共价键功能化非共价键功能化非共价键功能化惨杂功能化惨杂功能化第7页,本讲稿共17页共价键功能化 由于氧化石墨烯表面含有大量羧基、羟基和环氧基团,因而可以利用这些基团与其他分子之间的化学反应对石墨烯表面进行共价键功能化n2006年,Stankovich等利用有机小分子实现了石墨烯的共价键功能化。n他们首先制备了氧化石墨,然后利用异氰酸酯与氧化石墨上的羧基和羟基反应,制备了一系列异氰酸酯功能化的
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- 石墨 制备 功能 化学 中的 应用
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