1。2。2  氧化石墨烯的基本性质 5

1。2。3  氧化石墨烯的制备 6

1。2。4 氧化石墨烯的应用 6

1。3  三维石墨烯 7

1。3。1  三维石墨烯性质 7

1。3。2  三维石墨烯的制备 7

1。3。3  三维石墨烯的应用 9

1。4 课题的研究目的与意义 10

1。5 课题的研究内容 10

第二部分 实验部分 11

2。1  实验装置和药品 11

2。1。1  实验装置 11

2。1。2  实验药品 11

2。2  实验内容及步骤 12

2。3  产物的表征与测试 13

2。4  三维氮掺杂石墨烯的吸附 13

第三部分 实验结果及实验分析 15

3。1 实验流程 15

3。2 三维氮掺杂石墨烯的表征 15

3。2。1 扫描电镜和 EDX 分析 16

3。2。2 激光拉曼测试 19

3。2。3 XRD 测试 20

3。3  吸附性能测试 21

3。3。1  样品的一次吸附 22

3。3。2 样品的多次吸附 23

结 论 29

致 谢 30

参 考 文 献 31

第一章 绪论

1。1 石墨烯

1。1。1 石墨烯的简介

人类对碳材料的研究和应用已有很长的历史，发现并制备了多种不同维度的碳的 同素异形体，例如：零维的富勒烯，一维的碳纳米管，二维的石墨烯，三维的石墨及 金刚石等。各种多维结构的碳材料，都是以石墨烯为基本单元组成，如图 1-1 所示[1]：。 当石墨烯团聚成球即为富勒烯，卷曲起来可形成碳纳米管，多层的堆叠就成为石墨。 （A）富勒烯；（B）碳纳米管；（C)石墨[1]

人类第一次制备获得石墨烯是由英国科学家 Geim 和 Novoselov 在 2004 年，通过 胶带粘连石墨块即机械剥离法，破坏石墨层之间的范德华力，来获得结构完整的单层 石墨烯。同时也证明了二维结构的石墨烯能在环境中稳定存在，开辟了人类对碳材料 研究的新的领域。

1。1。2 石墨烯的基本性质

石墨烯中的碳原子以 sp2 杂化方式与其他碳原子相连，形成六边形蜂窝状的平面 点阵结构，一个碳原子的 2s 与两个 2p 轨道发生杂化成三个 sp2 杂化轨道，保证了六 元环的结构稳定性和结构柔韧性。石墨烯中独特的碳原子连接结构，使得石墨烯具有 一些奇特的性质。石墨烯具有二维结构的石墨烯是世界上目前已知的最薄的材料，厚 度仅有 0。335nm[1]，比表面积高达 2600m2/g[2]。高品质的石墨烯杨氏模量约为 1。0TPa，其抗断强度 130GPa[3]，硬度更是超过钻石，也是目前世界上硬度和强度最高的材料； 在室温下，石墨烯的电子迁移率为 15000cm2v-1s-1 [4]，载流子的浓度为 1013cm-2 [5]。石 墨烯的载流子为无质量的相对粒子即狄拉克费米粒子[6]。其禁带宽度为零，呈现双极 电场效应[7]；在光学上，石墨烯的单层透过率约为 97。7%[8]，是目前世界上已知的透 过率最高的材料，其透过率随着层数的增加而线性递减；石墨烯在室温下的热导率约 为 5300W/(m﹒K)[9]。