石墨烯的制备功能化及在化学中的应用省公开课一等奖全国示范课微课金奖PPT课件.pptx

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材研1209班
高照东方
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什么是石墨烯
？
石墨烯分子结构The molecular structure of grapheme
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石墨烯概况
年由Novoselov K. A. 。
由碳原子以SP2杂化连接单原子层组成新型二维原子晶体。
世上最薄却也是最坚硬纳米材料，，是钢100多倍；
热导率可达5000w·m-1·k-1，是金刚石3倍；
电阻率约10-6Ω·cm，比铜或银更低。
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石墨烯制备
机械剥离法
用机械力作用剥离出石墨烯片层。
尺寸不易控制，产率低，不适合大规模生产。
氧化还原法
用强氧化剂在石墨层间引入含氧官能团，经过外力剥离得到单原子厚度氧化石墨烯再深入还原可得石墨烯
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。
——此法制得石墨烯为独立单层石墨烯片，试验条件简单，是当前研究最多方法。
——此方法最大优点在于可制备出面积较大石墨烯片。
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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，最终加热至1250 ℃~1450 ℃后恒温1 min~20 min得石墨烯片层。
电化学方法
将两个高纯石墨棒平行插入含有离子液体水溶液中，控制电压在10-20V，30min后阳极石墨棒被腐蚀，液体中阳离子在阴极还原形成自由基，与石墨烯片中π电子结合，形成离子液体功效化石墨烯片，之后经洗涤干燥得到石墨烯。
——能够制得1-2碳原子层厚石墨烯，但难以取得大面积、厚度均一石墨烯。
——此法制备石墨烯片层大于单原子层厚度。
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石墨烯功效化
为何要功效化？
氧化石墨烯
石墨烯
表面含有大量含氧基团
溶解性提升，但导电性下降。
化学稳定性高，表面呈惰性状态。
片与片之间范德华力强，轻易产生聚集。
难容于水以及惯用有机溶剂
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怎样功效化？
石墨烯功效化
共价键功效化
非共价键功效化
惨杂功效化
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共价键功效化
因为氧化石墨烯表面含有大量羧基、羟基和环氧基团，因而能够利用这些基团与其它分子之间化学反应对石墨烯表面进行共价键功效化
年，Stankovich等利用有机小分子实现了石墨烯共价键功效化。
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羧基和羟基反应，制备了一系列异氰酸酯功效化石墨烯。
该功效化石墨烯能够在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）等各种极性非质子溶剂中实现均匀分散，并能够长时间保持稳定。
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异氰酸酯功效化石墨烯结构示意图
石墨烯氧化物及其功效化衍生物含有良好溶解性，但因为含氧官能团介入，破坏了石墨烯大π共轭结构，造成其导电性及其它性能显著降低。
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非共价键功效化
对石墨烯表面进行物理吸附和聚合物包裹等，物理吸附和聚合物包裹法对石墨烯固有结构和性质没有破坏作用，可使结构和性质得到最大程度地保持。石墨烯与被修饰物之间π-π作用以及超分子包合作用是非共价键功效化主要机理。
石墨烯
表面进行物理吸附和聚合物包裹
π-π
表面功效化石墨烯
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