石墨烯材料的制备研究

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1、项目编号： 黑龙江科技大学大学生科研立项（创新训练项目）申请书项目名称：石墨烯材料的制备研究负 责人： 王晶院 系 班 级：环境与化工学院 应化 12-1班联 系 电 话 ：15636818918E_mail地址： 1422736007 申请日期：2014 年 11月指 导 教 师： 吴大青起 止 时 间：2014 年 11 月-2015 年 11 月共青团黑龙江科技大学委员会二一四年制0填 报 说 明一、填写申请书前，请先查阅有关项目申请办法及规定。申请书各项内容，要实事求是，表达要明确、严谨，逐条认真填写。二、表格内容应详细填写，如表格内写不下，可另加附页。三、申请书需打印三份（并附电子

2、文档）报校团委。申请者承诺我保证以下填报内容的真实性，如果获得资助，我与项目组成员将严格遵守大学生创新项目立项的有关规定，切实保证工作时间，按计划认真开展研究工作，按时报送有关材料。申请者（签名）年 月 日1项目简表名称 石墨烯材料的制备研究起止年限 2015.3-2016.3 申请资助金额 800元依托单位（二级院、系） 环境与化工学院 指导教师 吴大青研究项目类 别A 资源与环境类B 通信与电子类C 机械与控制类D 土木建筑类E计算机类 F材料类 G数理及外语H 经管文法类I 其它类（ F ）姓名 王晶 学号 2012020965 专业 应用化学负责人 姓名 学号 专业研究项目主要内容和目

3、的意义摘要主要内容摘要：本课题以天然鳞片石墨为原料，采用氧化还原法制备石墨烯。氧化还原法是将石墨氧化得到在溶液中分散(超声分散、高速离心)的氧化石墨烯，再用还原剂（水合肼、氢化钠和对苯二铵等）还原制备石墨烯。能否方便、快捷、低成本地制备结构和性能可控的高质量石墨烯的关键在于理解石墨烯生长的机理和优化材料制备工艺。本项目还将在以下几个方面系统研究石墨烯的宏量制备技术：（i）针对氧化剥离技术，研究氧化剂，还原剂，催化剂和基质材料的作用机理及化学剥离过程中的关键控制因素；特别建立弱氧化法制备低缺陷高质量氧化石墨烯的新技术；（ii）研究石墨烯的掺杂方法；重点考察硼、氮、硫等元素加入石墨烯共轭骨架后对石

4、墨烯片（带）结构及性能的影响和调控作用；(iii） 发展具有不同结构的石墨烯的高效分离方法，宏量制备尺寸均一，低缺陷，导电性优越的单层石墨烯材料。目的意义摘要：用石墨制得的石墨烯堪称人类目前已知的强度最高的物质，发展前景令人神往。石墨稀作为一种新型的二维碳质材料，因其具有独特的结构和性质备受人们的关注。石墨烯在电子、信息、能源、生物、医学等领域具有非常广阔的应用前景，因此，石墨稀的制备及其应用成为人们研究的热点。但如何制备结构精确可控的石墨烯，是打破其应用瓶颈的关键。目前，石墨稀的制备方法中多以石墨粉为原料，制备的石墨稀比表面积小，成本高。本项目以大鳞片石墨为原料，研究氧化石墨稀的制备工艺，能

5、够解决氧化石墨稀制备中氧化效率低、可剥离程度差、生产成本高等问题。2预期研究成果摘要通过对石墨原料的氧化程度的不同来控制石墨烯层数，通过有效的还原方法的策略，确定制备大面积石墨烯的最佳工艺。制得的较小粒径（1-100m）的石墨烯作为“石墨烯诱导中间相微球制备的研究”等实验的的原材料。预期发表学术论文 1-3 篇，形成研究报告 1 份。申请者简历（曾从事的创新研究经历）2009年 9月-2012 年 7月 河南省邓州市第一高级中学2012年 9月-至今 黑龙江科技大学 经费预算 合计： 800 元序号 经费用途 预 算 依 据 金 额1 购买实验仪器，实验原料实验中用到鳞片石墨、还原剂（水合肼、

6、对苯二胺）；烧杯等仪器。2002 样品表征费用在参数优化中，对样品进行SEM、TEM 、FRIT 等表征。石墨烯相关研究的表征费用较高，经费不足由导师从其他项目经费中出。4003 论文发表用发表 1-3 篇学术论文的版面费经费不足由导师从其他项目经费中出。1004 其他 劳务、交通、打印等。 100立项研究内容和依据（说明项目具体研究内容、技术指标、项目研究理论依据、学术思想、特色之处等）研究内容石墨烯材料的制备以天然鳞片石墨为原料，采用氧化还原法制备石墨烯。氧化还原法是将石墨氧化得到在溶液中分散(超声分散、高速离心)的氧化石墨烯，再用还原剂还原制备石墨烯。技术指标通过氧化还原法得到石墨烯，即

7、将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨 , 经过超声分散制备成氧化石墨烯 , 加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团, 如羧基、 环氧基和羟基, 最终得到石墨烯。理论依据：通过不同的氧化方法以及不同的还原剂可以得到不同程度的石墨烯3学术思想：能否方便、快捷、低成本地制备高质量石墨烯的关键在于优化材料制备工艺。本项目还将在以下几个方面系统研究石墨烯的宏量制备技术：（i）针对氧化剥离技术，研究氧化剂，还原剂，催化剂和基质材料的作用机理及化学剥离过程中的关键控制因素；特别建立弱氧化法制备低缺陷高质量氧化石墨烯的新技术；（ii）研究石墨烯的掺杂方法；重点考察硼、氮、硫等元素加入石墨烯共轭骨架后对

8、石墨烯片（带）结构及性能的影响和调控作用；(iii） 发展具有不同结构的石墨烯的高效分离方法，宏量制备尺寸均一，低缺陷，导电性优越的单层石墨烯材料。特色之处：氧化还原法制备石墨烯成本低、产率高，是未来大量生产石墨烯的最佳途径之一。预期成果与成果意义（预期成果和提供的形式，应用前景，经济建设的需求背景，成果的意义和影响等） 预期成果：通过对石墨原料的氧化程度的不同来控制石墨烯层数，通过有效的还原方法的策略，确定制备大面积石墨烯的最佳工艺，而得到的较薄的石墨烯也可用于中间相微球的制备等。提供形式：发表学术论文 1-3篇；形成研究报告 1份；应用前景：自从石墨烯被成功制备出来以后，石墨烯在全世界范围

9、内掀起了一股新的研究热潮，各种极具魅力的奇特性质相继被发现，预测其很有可能会在很多领域引起革命性的变化。石墨烯具有独特的结构和优异的电学、热学、力学等性能，石墨烯材料将在各种微电子领域包括电极材料、能源转化储存领域、复合材料、场发射材料和高灵敏度传感器等领域中发挥巨大的作用。经济建设的需求背景：能源是贯彻全面、协调、可持续发展观的关键领域之一，当前表现出来的能源对经济发展的制约作用，将成为中国长期面对并必须克服的矛盾之一。中国虽是能源大国，但能源利用率偏低，造成的污染也极其严重。4成果的意义和影响：石墨烯特殊的结构形态，使其具备目前世界上最硬、最薄的特征，同时也具有很强的韧性、导电性和导热性。

10、这些及其特殊的特性使其拥有无比巨大的发展空间，未来可以应用于电子、航天、光学、储能、生物医药、日常生活等大量领域。石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来超级计算机，碳元素更高电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。另外石墨烯材料还是优良的改性剂，在新能源领域如锂离子电池、超级电容器方面，由于其高传导性、高比表面积，可用于作为电极材料助剂实现本项目预期目标及已具备的条件预期的目标：能够实现制备大面积氧化石墨烯的最佳工艺具备的条件：（需说明依托创新实验室能够提供的条件）本项目是以天然鳞片石墨为原料，采用氧化还原法制备石墨烯。创新实验室可以提供我们实验的场所、实验原料、以及实验仪器等。现具备的条件能够满足我们的科研项目的需求，因此增强了该项目的可实施性。拟采取的研究方法和技术路线研究方法：以天然鳞片石墨为原料，采用氧化还原法制备石墨烯技术路线：（请按时期写明每阶段的实现目标）项目组成员姓 名 学 号 工作分工 本人签名（不含申请者，不超4人）李蓓 2012020805 查找文献5张雨薇 2012020858 实验的准备及操作田雪 2012020789 实验结果初步的统计与分析主要成员刘玉莹 2012020792 辅助实验的进行二级院（系）分团委意见签字（盖章）：年月日评审专家意见专家签字：年月日校团委意见 签字（盖章）：年月日