尿素n掺杂石墨烯制备及其拉曼增强效应

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1、Uiversit3ofS。andTechnologYofChinanversityotcienceandechnoloqSAdissertationformaster’SdegreeNitrogen—．Dopedgrapheneusing1●一_，●一_1●一ureaanditsapplicationforSERSAuthor’SName．XinjingLiSpeciality：CondensedMatterPhysicsSupervisor：”’‘111I。FinlSnedtlme：Prof．XiaopingWangApril21吼，2012中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈

2、交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内

3、容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。口公开口保密(——年)作者签名：签字日期：导师签名：签字日期：摘要石墨烯是C原子呈六角晶格排列而成的单层二维晶体。石墨烯中的电子移动速度可达光速的1／300，并具有100倍高于硅的超高载流子迁移率，其力学特性和光学特性也有非常强的优势，其比表面积高达2600m2儋，在很宽的波段内光吸收只有2．3％，这些特点使得石墨烯在光学、电学及光电集成器件中都有很好的应用。由于石墨烯是零带隙的良导体，电子结构非常特殊，因此通过调节石墨烯的带隙来调控石墨烯的电学特性显得尤为重要，其中最为常用的方法是掺杂，包括P型掺杂(通常是硼掺杂)和n型掺杂(通常是氮掺杂)。

4、本文主要介绍了一种简便、安全、环保的制备N掺杂石墨烯的方法。此方法以尿素为氮源，同时研究了掺杂温度、时间等因素对N掺杂量和N在石墨烯中掺杂构型的影响，从而推断出尿素掺杂石墨烯的可能机理。除此之外我们还对N掺杂石墨烯在电学、光学方面的应用进行了测试：(1)测量了石墨烯的电导，得出了N掺杂对石墨烯电学特性的影响：(2)用N掺杂后的石墨烯吸附RhB分子，观察N掺杂对拉曼散射的化学增强效应，从而使得我们对化学增强在SERS中所起的作用有更加深入的了解。各章节内容简介如下：第一章，N掺杂石墨烯的研究现状、应用前景和本论文的研究内容及实验结果。本章首先介绍了石墨烯所具有的特殊的电学、光学特性，以及石墨

5、烯在光电器件中的应用。其次化学掺杂作为改变石墨烯特性的有效手段，在n型掺杂和P型掺杂中起到了很大的作用。随后，介绍了目前世界上对石墨烯进行N掺杂的制备方案并对其进行了比较。最后，介绍了本论文的研究内容和主要结果。第二章，以尿素为N源对CVD生长的石墨烯进行N掺杂。首先介绍了用尿素作为N源对CVD生长的石墨烯进行掺杂的方法以及特点，然后通过对其进行XPS，Raman等表征，分析掺杂温度、尿素量和退火时间对掺杂量、N在石墨烯中的掺杂构型和石墨烯表面结构的影响，从而推断出尿素对石墨烯掺杂的可能机理。此外，我们还研究了N掺杂对石墨烯电学特性的影响。单纯的石墨烯是零带隙的导体，N原子比C原子多一个价

6、电子，当N在石墨烯表面成键时，有一部分电子可以从N原子转移到C原子上，所以通过N掺杂和缺陷的引入可以改摘要变石墨烯中的载流子浓度、迁移率及电子结构，从而对石墨烯的电导产生影响。从我们的测量结果上也可以看出随着N掺杂浓度的提高，石墨烯的电导率有一定的增加，表明N掺杂有利于提高石墨烯的导电性。第三章，N掺杂还原石墨烯对RhB分子的拉曼增强作用。首先介绍了N掺杂还原石墨烯(rGO)样品的制备，在不同加热条件下对rGO进行N掺杂，然后用溶液吸附和蒸发两种方法吸附RhB分子，通过拉曼测试结果及掺杂后的XPS表征结果推断N掺杂在SERS中起到的作用。关键词：石墨烯N掺杂电学特性拉曼增强尿素Abstra

7、cCAbstractGrapheneisatwo·dimensional(one．atom．thickness)allotropeofcarbonwithaplanarhoneycomblattice．Itisregardedasthebasicbuildingblockofcarbonnanotubesandlargefullerenes．Grapheneexhibitsanumberofexoticandstriki