石墨烯的制备及其在电化学领域中的应用.pdf

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1、船电技术I应用研究石墨烯的制备及其在电化学领域中的应用张伟东，朱厚军，赵书利(武汉船用电力推进装置研究所，武汉430064)摘要：石墨烯以其独特的结构、优良的电化学性能受到了科研工作者的极大关注。此种新型的_维结构碳材料可能给化学电源、电子器件等领域带来潜在的市场机遇。本文比较了几种石墨烯的制各方法殷其发展历程，并介绍了其在电化学领域的应用研究进展。关键词：石墨烯制备方法电化学中图分类号：TQl5l文献标识码：A文章编号：1003．4862(2013)01．0061．04SynthesisofGrapheneandApplicationsinFiel

2、dsofElectrochemistryZhangWeidong，ZhuHoujun，ZhaoShuli(WuhanInstituteofMarineElectricPropulsion，Wuhan430064，China)Abstract：／nrecentyears，graphenehasgrabbedappreciableattentionduetoitsexceptionalstructureandelectrochemicalproperties．Thenewmaterialmayopenupnewmarketopportunitiesint

3、hefieldsofchemicalbatteriesandelectricdevices．Thispapercomparesseveralsynthesismethodsofgrapheneandoverviewsitsproceedingprocess。Finally,itsapplicationsinthefieldofelectrochemistryarediscussedindetail．Keywords：Graphene,"Synthesismethods,Electrochemistry0引言白2004年A．K．Geim和K．S．Nov

4、oselov等人⋯采用简单的机械剥离方法成功地制各了单层石墨烯晶体，这一新型材料便成为材料科学与应用领域研究的热点。石墨烯不同于传统的三维碳材料，其具有单层石墨碳原子层，从而紧密堆积形成二维蜂窝状晶格结构。理想的石墨烯是被剥离的单层石墨片层，每个C原子通过很强的。键与其它三个C原子相连接，较强的C—C键使石墨烯片层有较高的机械强度[2】。此外，石墨烯片层中的每个C原子都贡献出未成键的电子，这些孤电子形成与平面垂直的7c电子轨道，且兀电子可在晶格中自由移动，从而使得石墨烯具有良好的电子传输性能⋯。石墨烯片层内电子的传导速率可以达到8×10’m·s～，是

5、硅材料电子迁移速率的10倍【3]。此外，石墨烯中c原子存在sp2杂化方式，使得其具有独特的超导性质。Heersche等人【4】将石墨烯层片连接在正负两个电极上，检测到即使电荷密度为零时，也有超电流通过，说明石墨烯具有很强的超导性能。石墨烯是零带隙导体，具有独特的载流子特性。A．Qaiumzadeh等【5J计算了无序状态下的石墨烯在费米子液体内的准粒子特性，即零质的狄拉克一费米子(MasslessDirac．Fermions)，发现石墨烯具有类似于光子的特性。室温下石墨烯具有10倍于商用硅片的高载流子迁移率(～10000cm2．V-1．S。)，表现出室

6、温亚微米尺度的弹道传输特性(300K下可达O．3um)，且受温度和掺杂效应的影响很小⋯。与其他石墨碳材料相比，石墨烯具有较高的电导性能、比表面积大和化学性质稳定等优点而成为电容碳材料中最具开发前景的研究方向之收稿日期：2012—05．22。凭麦简介：张伟东(1984一)，男，硕士。研究方向：电1石墨烯的制备方法及其发展化学。H工，1rH一叩。田7_。H，／～，、，／V⋯、．61船电技术1应用研究近年来，许多科学工作者都在寻求制备单层石墨烯，特别是批次制备性能稳定的石墨烯，以便系统地研究其物理、化学性质以及潜在的应用领域[6】。常见的石墨烯制备方法及相

7、应的研究进展如下。1．1微机械剥离法此方法是利用机械微力将石墨烯片层从石墨晶体表面剥离。Novoselov等it】即是采用这种简单而有效的方法首次制备出石墨烯层片；经过发展，Meyer等人【7，8J在Geim研究基础上，进一步研究了微机械剥离法制备的单层或双层石墨烯，结果表明所制备的石墨烯表面并不平整，而是有5一10ilm高度的褶皱；而且随着石墨烯层数的增加，褶皱程度明显减少。该方法可以制备具有比较完美的晶体结构的石墨烯层片，缺陷含量较低；但最大的缺点是生产效率较低，一般仅仅适用于实验室的基础研究。1．2化学气相沉积法化学气相沉积法(CVD)是目前应

8、用最广泛的一种大规模制备半导体薄膜材料的方法。起初，GoodmanD．W等人【9J采用此法在过渡金属单晶镍衬