【摘 要】
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石墨烯是近年来的研究热点之一,其独特结构赋予了它卓越的的力学、电学、光学、热等性质。目前,石墨烯在功能复合材料制备、能源储存与转换以及环境检测与治理等方面表现出了
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石墨烯是近年来的研究热点之一,其独特结构赋予了它卓越的的力学、电学、光学、热等性质。目前,石墨烯在功能复合材料制备、能源储存与转换以及环境检测与治理等方面表现出了巨大的应用前景。这就给石墨烯带来了广大的市场需求。然而目前石墨烯的液相制备主要有三个问题:1.制备出的石墨烯的选择性较差,单层、双层、三层石墨烯的报道很少;2.石墨烯的产率相对较低,难以实现石墨烯的批量生产和应用;3.石墨烯的制备周期较长,反应温度较高,耗时耗能。针对目前存在的问题,本文利用液相剥离法,在常温下获得了高产率的石墨烯,主要内容如下:1.在常温下,系统地研究了二阶石墨插层化合物（CrO2Cl2）制备条件的优化。利用化学插层-膨胀-液相剥离的方法实现了高选择性、高产率和高质量双层石墨烯的制备,并利用电荷密度差异图（CDD）、电子归属函数（ELFs）和玻尔兹曼因子等量子化学手段和实验方法对石墨烯制备过程中的机理进行了研究。结果表明,石墨烯片层与CrO2Cl2间的静电相互作用是形成二阶石墨插层化合物的主要驱动力。2.开发了一种新型的四甲基脲（TMU）水溶液用于石墨的液相剥离,获得了具有少层结构的石墨烯。系统地研究了不同体积分数水的加入对石墨剥离效果的影响,当水的体积分数为0.3时,石墨烯的分散浓度达到最大。初步探讨了四甲基脲水溶液对石墨剥离的机理,研究表明,在石墨烯的剥离过程中TMU-水聚集体（TMU·3H2O）n的形成对溶剂中石墨烯的高产率制备和稳定性起到了决定性的作用。3.开发了一种新的体系SOCl2/H2SO4/（NH4）S2O8来制备化学氧化的膨胀石墨,在此基础上利用液相剥离法制备了石墨烯,产率达到72%。X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱仪（Raman）、X射线光电子能谱仪（XPS）、高分辨透射电镜（HR-TEM）和原子力显微镜（AFM）等表征结果表明,该石墨烯具有少层结构。相对于其他气体膨胀法制备膨胀石墨的过程,该过程中气体释放比较平稳,操作更为简单,毒性更小。
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