石墨烯的合成方法

1、石墨烯的合成方法石墨烯的合成方法主講人：李慶田老 師：陳春華組 員：王慧珊 黃昊光 蘇鑫 馬云峰 王凱霞 邵登奎 王磊 陳端陽 朱 豪 錢蘇湘 劉驁 University of Science & Technology of ChinaUniversity of Science & Technology of China目目 錄錄 外延生長法化學(xué)氣相法電化學(xué)法氧化還原法石墨烯簡介1石墨烯的主要合成方法2合成方法對(duì)比3有機(jī)合成法石墨烯石墨烯碳金剛石石墨石墨烯史前公元前300年16世紀(jì)2004年05001000150020002500300020042005200620072008

2、20092010The number of papersFrom 2004 to 201010030002004年發(fā)現(xiàn)-2010年獲諾獎(jiǎng)6年18年（平均年數(shù)）熱力學(xué)論證二維原子晶體不存在熱力學(xué)論證二維原子晶體不存在原原因因顛覆傳統(tǒng)顛覆傳統(tǒng) 不可思議不可思議 讓人膜拜的方法讓人膜拜的方法優(yōu)良的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等性能優(yōu)良的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等性能石墨烯的應(yīng)用石墨烯的應(yīng)用石墨烯石墨烯單分子探測(cè)器太陽能電池透明導(dǎo)電電極石墨烯晶體管石墨烯納米帶感光元件氧化還原法氧化還原法原理：將石墨氧化得到液相中均勻分散的氧化石墨烯GO，再將GO還原氧化劑Hummer法Brodie法Staudenmaier法Hummer

3、法石墨石墨氧化石墨氧化石墨KMnO4氧化氧化氧化石墨烯氧化石墨烯超超聲聲剝剝離離石墨烯石墨烯還原還原水合肼硼氫化鈉對(duì)苯二銨Green Synthesis of Graphenecoconut water GOJ. Nanosci. Nanotechnol. 13, 43204324, 2013graphenewash and dry Green生物催化活性-ray induced reduction of GOJ. Mater. Chem., 2012, 22, 1306413069 | 13065Electrochemically Exfoliated Graphene Graphitefo

4、ilelectrodeElectroytePtflakeelectrode低共熔離子液體水系電解液離子液體電解液石墨烯產(chǎn)率低剝離片層厚氧化程度高缺陷多通常需要淬火還原處理減少放電反應(yīng)溫度低產(chǎn)率高價(jià)格較貴成本低如：氯化鋅一尿素氯化膽堿一尿素Graphite foilOH- intercalateNaOH，10VExpandedgraphite foilsonicationFew-layer grapheneH2SO4，10V（i） OH-+H+H2O（ii） SO42- intercalateBubble expansionLow defect concentration few-layer g

5、raphene using a two-step electrochemical exfoliation，Xuhua Huang, Senlin Li1,et al，Nanotechnology 26 (2015) 105602 (6pp)SEM images：（a）graphite foil（b） after the pretreatment of NaOH solution（c）FLGsheets via the two-step electrochemical exfoliation質(zhì)量參數(shù)橫向尺寸（微米量級(jí)）石墨烯剝離層數(shù)（越少質(zhì)量越好，電化學(xué)剝離最好的效果就是層數(shù)少于3）ID/IG拉

6、曼測(cè)試值（越低，表示D峰越小，缺陷越少）碳氧比（越小含氧量低，石墨烯質(zhì)量較好）化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法CVD機(jī)理：利用甲烷等含碳化合物作為碳源，通過其在基體表面的高溫分解生長石墨烯生長機(jī)制滲碳析碳機(jī)制表面生長機(jī)制反應(yīng)過程：反應(yīng)過程：氣體進(jìn)入高溫分解基板吸附發(fā)生反應(yīng)氣體排除CuCuCuacb不均勻多層多晶時(shí)間長TheLatestMethodtoSynthesizeGrapheneFastgrowthof1.5-inchsingle-crystallinegrapheneonsurface1585NiCu1050H2Ar1hJ. Nature. Materials., 2015, 23, 10

7、.1038/NMAT4477abcd外延生長法外延生長法原理：利用晶格匹配，在一個(gè)晶體上生長出另一個(gè)晶體基底abc高溫裂解SiC外延金屬表面外延生長條件：真空生長條件：真空 高溫高溫生長速率生長速率問題：問題：Si升華過快升華過快C過多過多 重構(gòu)不完全重構(gòu)不完全品質(zhì)下降品質(zhì)下降解決方案：解決方案：高溫+氣態(tài)Si氣氛氣氛Si升華升華 C重構(gòu)重構(gòu)品質(zhì)升高OrganicsynthesismethodAbottom-upwaytofabricategraphenenanoribbonsAtomormoleculesystemAtomormoleculeAtomormolecule對(duì)溴三聯(lián)苯石墨烯對(duì)溴三聯(lián)苯對(duì)溴三聯(lián)苯BrBrn Deposited onto Au(111) surface（dehalogenation）Annealing at 200 （radical addition）Annealing at