摘 要

石墨烯是在2004年被最新发现的一种二维新材料，它的出现打破了以往人们对材料领域的认知，突破了二维领域的材料都存在热力学不稳定性的观点。石墨烯具有令人非常惊讶的电、热、力、光学性能，它卓越的特性使得众多科学领域都对它青睐有加，另眼相看，若是应用得当，这种最新的碳材料完全能掀起材料科学领域的一场具有里程碑价值的变革。然而当下石墨烯尚不能在各行业普及应用，因为其尚未臻至完善的制备方法在非常大的程度上限制了它的深入发展与推广，如何能通过很方便的方式的制备出质量很高的石墨烯,而且要成本可接受，缺陷没有现如今的实验室常用的那些方法所制出的那么多，是所有科学人员所努力追求且厄待解决的问题。

本文篇章中是用石墨为原始的药品物质，经过Hummers的方法来制取获得氧化的石墨后，然后再分别采用化学上的还原法，溶剂热的还原法和热膨胀的法将氧化石墨还原制得功能化石墨烯。最后用X光照照射检测（XRD）、紫外光照分析（UV）、循环伏安法（CV）对功能化石墨烯进行了表征。结果表明，化学还原法的最佳反应时间为4h，溶剂热法的最佳还原时间为2h，热膨胀法的最佳反应温度是300℃。通过对比电容值的计算，结果显示热膨胀法是制备石墨烯最好的方法。

关键词：氧化石墨；石墨烯；化学还原法；溶剂热还原法；热膨胀法

Abstract

Graphene is a kind of two-dimensional new material recently discovered in 2004, it broke the previous people on the material in the field of cognition, and it broke through the point that two-dimensional materials are present in the field of thermodynamic instability. Graphene has a very surprise of electrical, thermal, mechanical and optical properties, its excellent features attract many scientific fields. In fact, if used properly, this kind of new carbon material completely up to the value of a landmark in the field of materials science. However the graphene is not widespread application in various fields, because it has not yet become the perfect preparation methods, restricts the further development and promotion, how you can think up with a very convenient way of preparation of high quality graphene, and cost is acceptable, defect without the methods that are commonly used today's laboratory created so many, is all scientific personnel who strive for and urban problems to be solved.

In this article,flake graphite as raw material, graphite oxide was prepared by Hummers method. Then,I prepared functionalized graphene by using chemical reduction, solvothermal method and thermal exfoliation method.Finally, I adopted X-ray diffraction analysis, UV visible absorption spectroscopy and cyclic voltammetry to analysis the functionalized graphene. The result shows that the best time for chemical reduction and solvothermal method is four hours and two hours,and 300℃ is the most suitable temperature for the thermal exfoliation method. Besides that, after the calculation of specific capacitance, I found that thermal exfoliation method is the best way for preparation of graphene.

Key words: graphite oxide；graphene；chemical reduction,；solvothermal method； thermal exfoliation method

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 石墨烯概述 1

1.1.1 石墨烯的起源 1

1.1.2 石墨烯的结构 2

1.1.3 石墨烯的特性 3

1.2 石墨烯的应用前景 4

1.2.1 传感器 4

1.2.2 复合材料 5

1.2.3 超高效太阳能电池 6

1.2.4 电子学器件 6

1.3 石墨烯的制备方法 7

1.4 选题的主要内容和目的意义 8

第二章 实验样品、仪器与测试手段 10

2.1 实验流程 10

2.2 实验样品 11

2.3 实验仪器 11

2.4 测试手段 11

2.4.1 X射线衍射分析(XRD) 11

2.4.2 紫外光谱分析（UV） 12

2.4.3 循环伏安测试(CV) 12

第三章 石墨烯的化学还原法制备及表征 13

3.1 Hummers法制备氧化石墨 13

3.2 石墨烯的制备 14

3.3 表征与性能测试 15

3.3.1 X射线衍射分析(XRD） 15

3.3.2 紫外-可见吸收光谱分析（UV） 16

3.3.3 伏安循环分析（CV） 17

3.4 本章小结 18

第四章 石墨烯的溶剂热还原法制备及表征 20

4.1 石墨烯的制备 20

4.2 表征与性能测试 21

4.2.1 X射线衍射法（XRD） 21

4.2.2 紫外-可见吸收光谱分析（UV） 22

4.2.3 电化学性能分析(CV) 23

4.3 本章小结 24

第五章 石墨烯的热膨胀法制备及表征 25

5.1 石墨烯的制备 25

5.2 表征与性能测试 25

5.2.1 X射线衍射分析（XRD） 25

5.2.2 紫外-可见吸收光谱分析（UV） 26

5.2.3 电化学性能分析（CV） 27

5.3 本章小结 28

第六章 总结及展望 30

参考文献 31

第一章 绪论

1.1 石墨烯概述

1.1.1 石墨烯的起源

因为汽车船舶、航空航天、军事医学和其他行业的快速发展，身边的人对各种重量轻、高强度材料的性能要求越来越高，尤其是在大型机械领域等方向的发展，重量轻，高强度的外壳和轻型高密封燃料盒扮演重要的角色。传统情况下常用于各种场合的合金材料已不能完全满足人们的应用程序需求，碳家族响应人民群众迫切的声音，逐渐进入人们的视野。

碳材料是一种在我们身边中处处都存在，常见且常用的一种材料。它能用各种各样的形式在自然界存在，不仅可以形成金刚石，也可以构成类似石墨的这种相对较软的材料。人们不断探索和研究碳材料，在科学之旅上屡屡有重大收获。比如零维的富勒烯^[1]，发现于1985年，而在1991年又发现一维碳纳米管^[2]，加上三维合成的金刚石和石墨，这些碳系家族的材料组成了一个新家庭。