超薄钯纳米片辅助氢气还原氧化石墨烯

摘要

在过去的十年里，石墨烯作为一种由碳原子以sp2杂化轨道构成的单原子层材料，一直是研究的热点领域之一。因具有高比表面积、优异的导电导热性能、高透明度，以及高机械强度等特点，石墨烯在众多重要领域中，如电子器件、能源储存、生物医药、催化载体、光电元件、传感器件、环境保护等，都得到了广泛地应用。氧化还原法，作为石墨烯的经典制备方法之一，是将石墨氧化剥离得到氧化石墨烯，再进行化学还原或热还原得到石墨烯的一种方法。该方法因成本低廉、易于制备等特点，被视作大规模生产石墨烯的一种有效途径。然而在该方法中，氧化石墨烯(Graphene oxide，GO)的还原过程依然面临着许多问题，包括有毒试剂的使用和极高的还原温度等。因此，发展一种简单绿色且条件温和的氧化石墨烯还原方法显得尤为重要。
　　为了解决这个问题，本文聚焦于在超薄钯(Pd)纳米片辅助下的GO氢气还原的方法开发，研究内容包含以下三个方面:(1)GO在Pd辅助下实现低温低压氢气中的还原;(2)GO在Pd辅助下实现室温低压氢气和近红外光照射共同作用下的还原;(3)探究两种还原方法的应用潜力。主要研究结果概括如下:
　　第一章，简要地总结了石墨烯合成以及GO还原的研究进展，并基于相关的研究背景，阐明本文的研究意义和研究内容。
　　第二章，我们成功地发展了一种在温和条件下高效还原GO的方法。该法通过将GO与超薄Pd纳米片混合抽滤成膜，再于0.3M Pa氢气60℃的条件下还原，可以得到电导率高达10900 S·m-1的石墨烯膜状材料。然后通过对照实验，优化了GO/Pd的比例、氢气压力、还原温度，以及还原时间，得到了最适宜的还原条件。此外，我们也探讨了基于氢溢流机制的还原过程。
　　第三章，基于超薄Pd纳米片独特的光热性质，当引入近红外光照射时，GO在Pd辅助下于0.3MPa氢气中的还原温度可进一步降至室温。在优化了氢气压力和照射时间后，石墨烯膜状材料显示出了高达11200S·m-1的电导率，而该结果要优于已有的许多报道。
　　第四章，基于我们发展的还原方法具有还原条件温和以及还原效率高的特点，本文制备的石墨烯材料在导电相关的领域中具有良好的应用前景。我们证明了高度分散的GO和超薄Pd纳米片的分散液可以作为涂料或墨水，来制备导电石墨烯导电纸和石墨烯纸制电路。更重要的是，本文所开发的方法还具有在有机聚合物基底上直接利用GO构建柔性透明导电膜的发展潜力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 石墨烯的概述

1．2 石墨烯的经典制备方法(Ⅰ)

1．3 石墨烯的经典制备方法(Ⅱ)：化学氧化还原法

1．4 选题依据和研究内容

1．5 研究的创新性

第二章 超薄Pd纳米片辅助氧化石墨烯的低温氢气还原

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 原料与仪器

2．2．2 实验步骤

2．3 表征与测试

2．4 结果与讨论

2．4．1 GO和超薄Pd纳米片的表征

2．4．2 影响还原程度的因素

2．4．3 超薄Pd纳米片辅助氢气还原GO的机理研究

本章小结

第三章 超薄Pd纳米片辅助氧化石墨烯的室温氢气还原

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 原料与仪器

3．2．2 实验步骤

3．3 表征与测试

3．4 结果与讨论

3．4．1 氢气压力对还原程度的影响

3．4．2 近红外光照射时间对还原程度的影响

3．4．3 氢气与近红外光的协同作用考察

本章小结

第四章 超薄Pd纳米片辅助氢气还原氧化石墨烯的应用探索

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 原料与仪器

4．2．2 实验步骤

4．3 表征与测试

4．4 结果与讨论

4．4．1 石墨烯纸

4．4．2 简易石墨烯电路

4．4．3 柔性透明导电膜

本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

硕士期间取得的研究成果