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石墨烯是新近被发现的一种具有二维平面结构的碳纳米材料,它的特殊单原子层结构使其具有许多独特的物理化学性质,有关石墨烯的研究和应用已成为当前的前沿和热点课题之一。石墨烯的基本结构单元为苯六元环,是目前发现的最薄的二维材料。目前石墨烯的制备方法有机械剥离法、氧化石墨-还原法、化学气相沉积法、外延生长法、电弧法、有机合成法等；石墨烯在修饰电极、化学电源、太阳能电池、催化剂和药物载体、气体传感器等方面有着广泛的应用。本文选用最简易的氧化石墨-还原法制备了石墨烯,用傅立叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)对其进行了表征,考察了合成条件对石墨烯形貌的影响,并研究了石墨烯/金纳米复合物在电化学中的应用。主要内容如下:
1、研究了氧化和超声时间等条件对石墨烯氧化物形貌的影响。结果表明,当氧化时间小于2 h时,石墨烯氧化物片层较厚,未能得到很好的剥离；当氧化时间大于2 h时,石墨烯氧化物会出现大面积的褶皱,片层小于10层以下。另一个对石墨烯氧化物形貌的影响因素为超声时间,由TEM图显示,当超声时间小于3 h时,石墨烯氧化物片层较厚,未能得到很好的剥离；当超声时间大于3 h时,石墨烯氧化物片层褶皱较多,碎片较少；当超声时间达6 h时,石墨烯氧化物横向面积减少,碎片增多。经综合考察,氧化时间2 h,超声3 h为最佳时间。
2、研究了阳离子聚合电解质(聚合的二甲基二烯丙基氯化铵PDDA)功能化的石墨烯和金纳米粒子复合物的制备、表征,并将其修饰在玻碳电极上考察了对氧气的电催化性能。研究表明,石墨烯修饰的玻碳电极对氧气的还原无明显的催化作用,而石墨烯/金纳米复合物修饰的电极对氧气的还原有明显的电催化活性,且其电催化还原电流比仅有金纳米粒子修饰的电极高5倍左右。由此可知,石墨烯/金纳米复合物有望在气体传感器等方面得到较好的应用。