3。4掺氮石墨烯-CuS材料对亚甲基蓝的光催化降解 11

结论 15

参考文献 16

致谢 17

1 前言

1。1石墨烯

1。1。1 石墨烯的结构与性质

 石墨烯，又叫单层石墨，是一种由 sp2杂化的碳原子以六边形排列形成的周期性蜂窝状平面薄膜，其厚度仅为一个碳原子的直径。2004 年，英国曼彻斯特大学物理和天文学系的 Geim 和 Novoselov 等用胶带剥离石墨晶体首次获得了石墨烯，并由此获得了 2010 年诺贝尔物理学奖。

 石墨烯其能隙为零，与碳纳米管(CNTs)和富勒烯(C60)相比，石墨烯有更大的比表面积(2630 m2·g-1)[1]，高化学稳定性以及更为优异的电子传导性能(2×105 cm2·V-1·S-1)[2]石墨烯是至今所测量物质中的强度最高的的材料，其抗拉强度可达150 GPa，比结构钢的强度还要高200倍。石墨烯的热导率可达5000W·m -1·K -1，是室温下纯金刚石的3倍，并且石墨烯的理论比表面积高达2630m2·g -1。此外，石墨烯也是世界上导电性最好的材料，在石墨烯中，电子能够高效快速地迁移，其速度可达光速的1/300，而对于传统的半导体和导体，电子迁移过程中由于电子和原子的碰撞，半导体和导体以热的形式释放了一些能量。例如，目前一般的电脑芯片浪费了约72%-81%的电能。而石墨烯则不同，其电子能量不会被损耗，从而表现出非同寻常的优良特性。

图 1。 石墨烯结构模型

1。1。2 石墨烯的制备

石墨烯材料的制备方法已报道的有：机械剥离法、化学氧化-还原法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等等。

1、微机械剥离法

2004年，Geim等首次用微机械剥离法，成功地从高定向热裂解石墨上剥离并观测到单层石墨烯。Geim研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌，揭示了石墨烯二维晶体结构存在的根本原因。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯，但产率低和成本高的缺点，无法满足工业化和规模化生产要求，目前只能作为实验室小规模制备，从而限制了其推广使用。

2、化学气相沉积法

化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)首次在规模化制备石墨烯的问题方面有了新的突破(参考化学气相沉积法制备高质量石墨烯)。CVD法是指反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。

麻省理工学院的Kong等、韩国成均馆大学的Hong等和普渡大学的Chen等研究小组成功利用CVD法制备高质量的石墨烯。他们以镍为基片的管状沉积炉，通入碳氢化合物等含碳气体，使其在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面形成石墨烯，然后通过化学刻蚀，除去金属基片，使石墨烯薄膜和镍片分离，最终得到石墨烯。此类产品的透光率为80%，电导率可达到1。1×106S·m -1，成为目前透明导电薄膜的潜在替代品。用CVD法可以制备出高质量大面积的石墨烯，但是理想的基片材料单晶镍等基底的价格昂贵，工艺复杂，这大大影响CVD方法制备石墨烯的工业化。

3、氧化-还原法

氧化-还原法制备成本低廉且容易实现，成为规模化制备石墨烯的最佳方法，而且可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了石墨烯不易分散的问题。氧化-还原法是指将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨(GO)，经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨)，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，得到石墨烯。氧化-还原法被提出后，以其简单易行的工艺成为实验室制备石墨烯的最简便的方法。如Ruoff等发现通过加入化学物质例如水合肼、对苯二酚、硼氢化钠等可除去氧化石墨烯的含氧基团，进而能得到石墨烯。