石墨烯的制备及其应用在电催化反应中的研究

化学气相沉积（CVD）法是近年来发展起来的，制备石墨烯的新方法，采用该法制备的石墨烯具有质量高尺寸大等优点，是实现工业化生产潜力最大的方法之一。

CVD法制备石墨烯的步骤

石墨烯在金属催化剂表面的CVD 生长是一个复杂的多相催化反应体系。该过程主要涉及以下几个基元步骤：(1) 烃类碳源在金属催化剂基底上的吸附与分解；(2) 表面碳原子向催化剂体相内的溶解以及在体相中的扩散； (3) 降温过程中碳原子从催化剂体相向表面的析出；(4) 碳原子在催化剂表面的成核及二维重构，生成石墨烯。

化学气相沉积生长石墨烯的基本步骤：（1） 碳源在催化剂表面吸附；（2）碳源脱附；（3）碳源的脱氢分解；（4）碳原子在催化剂表面的迁移；（5）碳原子在表面直接成核并生长成石墨烯；（6）碳原子在高温下溶入金属体相；（7）碳原子在金属体内扩散；（8）降温，碳原子从金属体相中析出，并在表面成核生长石墨烯。

CVD法生成石墨烯的机理

首先碳源在催化剂表层分解，形成碳原子，形成的碳原子一部分在催化剂表面直接成核形成石墨烯，另一部分碳原子渗透进入催化剂体相，并和金属形成合金。当温度降低，碳在催化剂体相中的溶解度降低，高温时渗透进入的体相的碳原子就在催化剂表面析出，并优先在晶界、台阶等缺陷处成核形成石墨烯。

除去扩散进入金属体相的碳原子，碳源分解生成的部分碳原子会在金属表面直接形成石墨烯。这是一个表面催化的过程，对于溶碳量较低的金属(如 Cu)，其上石墨烯的生长主要遵循这种机理。

CVD生长石墨烯主要包括两个路径，一个路径是“直接生长”，催化裂解出来的碳原子直接在催化剂表面成核、进而生长成石墨烯薄膜；另一个路径则是“迂回生长”，催化裂解的表面碳原子渗透进入体相溶解后，再在表面析出，成核生长形成石墨烯薄膜。两个平行生长路径的贡献，取决于金属催化剂的溶碳能力、金属碳化物的生成及其在生长温度下的化学稳定性。

CVD法制备石墨烯碳源的选择

羟基化石墨烯的制备及其表征

近年来，石墨烯（Graphene）作为一种新型的二维材料，在磁电材料、生物医学等领域得到了广泛的应用。而羟基化石墨烯（hydroxylated graphene，OG）则是一种类似于石墨烯的材料，但是其表面带有大量羟基(-OH)官能团的石墨烯衍生物。OG具有独特的物理和化学性质，使其在催化、传感等应用方面具有潜在的应用前景。因此，OG的制备及其表征受到了广泛的研究。

一、制备方法

OG的制备方法通常分为化学还原法和物理化学法两类。其中，化学还原法主要采用氧化石墨烯（graphene oxide，GO）还原的方法，将羟基引入石墨烯结构中。例如，一种常用的方法是采用改进的海绵法，通过将硝酸氧化的石墨烯和纯水在压力下共同处理，得到OG。此外，还有一些其他化学还原法，如还原剂还原法、水热法等。

物理化学法则是采用热处理或超声处理等物理手段，将羟基引入石墨烯中。例如，通过热还原，将硝酸氧化的石墨烯在氢气氛围下加热，制备得到OG。此外，还有一些其他的物理化学法，如超声还原法、等离子体还原法等。

总的来说，不同的制备方法会对OG的结构和性质产生显著的影响，因此需要进一步研究和探究。

二、表征方法

对于OG的表征，主要有X射线衍射（XRD）、红外光谱（FTIR）、拉曼光谱、X射线光电子能谱（XPS）等多种表征手段。

XRD是研究OG晶体结构的一种常用手段。XRD谱图显示，OG具有与石墨烯相似的衍射峰，但又存在一些显著的新的衍射峰。这些新的衍射峰可以用来确定OG的结晶度和晶体结构。 FTIR可以识别OG中的官能团。OG中的-OH官能团将引起峰值在3500 cm^-1附近的宽吸收峰。此外，OG中的羟基会引起C-O-C伸缩振动吸收峰在1100-1300

cm^-1处。

拉曼光谱是研究OG的结构的另一个常用手段。OG的拉曼光谱显示出与石墨烯相似的G带（~1580 cm^-1）和2D带（~2700 cm^-1），并表现出一些OG特异的特征，比如宽的D带和D+G复合带。

电化学还原法制备石墨烯：制备与表征

尚玉;张东;刘艳云;刘泳

【摘 要】Recently ,the basic and applied studies of graphene have become

research hotspot .The mass produc‐tion of high quality graphene is the

cornerstone of its application .The electrochemical method provides a

facile , fast ,scalable ,economic and environmentally benign pathway to the

production of desirable quality graphene materials .This paper first reviews

two different routes to electrochemically reduce graphene oxide (GO) .This

is followed by a discussion on the mechanism of electrochemical

reduction .This paper also provides reviews on the characterization of the

electrochemically reduced graphene by three aspects :morphology ,the

reduction de‐gree ,the crystal structure .Finally ,the future research and

development are analyzed and prospected .%目前，关于石墨烯的基础和应用研究已成为研究的热点。高品质石墨烯的规模化制备是其广泛应用的前提。而电化学还原法提供了一种简单、快速、经济和环保的生产高质量石墨烯的途径。首先综述了两种不同的电化学还原方法。阐述了电化学还原法的机理。并且从形貌、还原程度、晶体结构3个方面对电化学还原产物的表征方法进行了分类介绍。最后对其今后的研究和发展进行了展望。

石墨烯复合材料的制备、性能与应用

摘要：纳米科学技术是当今社会科学中一个重要的研究话题。它是现代科学技术的重要内容，也是未来技术的主流。是基础研究与应用探索紧密联系的新兴高尖端科学技术。石墨烯具有独特的结构和优异的电学、热学、力学等性能,自从2004年被成功制备出来,一直是全世界范围内的一个研究热点。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,石墨烯及其复合材料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。综述了石墨烯与石墨烯复合材料的制备及其在超级电容器、锂离子电池、太阳能电池、燃料电池等电化学领域中应用的研究现状,展望了石墨烯材料的制备及其在电化学领域应用的未来发展前景。

关键词;复合材料 纳米材料 石墨烯

正文;

一，石墨烯复合材料的制备

石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面复合材料，其特殊的单原子层决定了它具有丰富而新奇的物理性质。研究表明，石墨烯具有优良的电学性质，力学性能及可加工性。

石墨烯复合材料的制备是石墨烯研究领域的一个重要的课题，如何简单，快速，绿色地制备其复合材料，而又

采用化学分散法大量制备氧化石墨烯,并采用直接共混法制备氧化石墨烯/酚醛树脂纳米复合材料。通过AFM、SEM、FT-IR、TG等对其进行表征,结果表明,氧化石墨烯完全剥离,并在基体中分散均匀,而且两者界面相容性好,提高了复合材料的热稳定性。通过高温热处理使复合材料薄膜在兼顾形貌的同时实现导电,当氧化石墨烯含量为2%(质量分数)时,其导电率为96.23S/cm。

采用原位乳液聚合和化学还原法制备了石墨烯和聚丙乙烯的复合材料。研究表明PS微球通过公家方式连接到石墨烯的表面。通过PS微球修饰后的石墨烯在氯仿中变现良好的分散性。制备的复合材料具有优良的导电性，同时PS的玻璃化温度的热稳定性得到了提高。本研究所提出的方法具有环境友好高效的特点，渴望被采用到其他聚合物和化合物来修饰石墨烯。