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《石墨烯的改性及氮摻雜雙層石墨烯的第一性原理研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、東南萬方數(shù)據(jù)大學碩士學位論文石墨烯的改性及氮摻雜雙層石墨烯的第一性原理研究本研究得到教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃(NCET．12．0119)，江蘇省“青藍工程’’和“六大人才高峰(2013-JY-007)”等項目的支持。萬方數(shù)據(jù)STUDIESOINMODIFICATIONOFGRAPHENEANDFIRSTPRⅢCIPLESCALCULATIOINOFN—DOPEDBILAⅦRGRAPHENEADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeo
2、fMasterofEngineeringBYSupervisedbyProf．WANGJigangSchoolofMaterialsScienceandEngineeringSoutheastUniversity萬方數(shù)據(jù)東南大學學位論文獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學位論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得東南大學或其它教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均己在
3、論文中作了明確的說明并表示了謝意。研究生簽名：j蘭鱈·-r、¨，東南大學學位論文使用授權(quán)聲明東南大學、中國科學技術(shù)信息研究所、國家圖書館有權(quán)保留本人所送交學位論文的復印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布(包括以電子信息形式刊登)論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布(包括以電子信息形式刊登)授權(quán)東南大學研究生院辦理。研究生簽名：二L盈導師簽名：礎(chǔ)日研究生簽名：j之魚導師簽名：厶縫型：1日期：絲!笙：皇：!蘭
4、萬方數(shù)據(jù)摘要自2004年被成功制備以來，石墨烯以其極為獨特的結(jié)構(gòu)及優(yōu)異的電學、熱學和力學等性能，已成為當前研究的熱點，其在電子器件、傳感器、儲能材料和復合材料等領(lǐng)域中具有極為廣闊的應用前景。本論文以石墨烯的改性為主要研究內(nèi)容，對石墨烯進行了宏觀形貌改性及化學摻雜改性，在目前與石墨烯相關(guān)的熱門課題中，選擇并深入研究了海綿狀石墨烯的制備、氮摻雜石墨烯的制備以及氮摻雜雙層石墨烯模型電學性質(zhì)的第一性原理計算這三方面內(nèi)容。前兩方面屬于石墨烯的改性研究實驗部分，結(jié)合當前國內(nèi)外研究背景，將氧化石墨烯溶液冷凍干燥后，利用微波輻照法，實
5、現(xiàn)了海綿狀石墨烯快速、簡便、環(huán)保的制備。采用NH4+插層氧化石墨，再經(jīng)高能微波處理，可得到氮摻雜石墨烯，并具有簡便易行、安全、成本低、易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。對于各產(chǎn)物，使用SEM、TEM、XRD、FT-IR、XPS等檢測方法對其形貌及結(jié)構(gòu)進行分析表征。此外，本論文還介紹了第一性原理以及密度泛函理論的相關(guān)原理與方程，并使用MaterialsStudio軟件中的MaterialsVisualizer模塊來構(gòu)建計算模型，再選用CASTEP計算模塊，使用局域密度近似(LDA)泛函對模型進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，廣義梯度近似(GGA)中的P
6、W91泛函對模型的電子特性進行計算。獲得的計算數(shù)據(jù)主要包括各模型的點陣結(jié)構(gòu)、電荷分布、自旋極化以及能帶和態(tài)密度等。重點分析了摻雜N原子的存在對雙層石墨烯模型能帶結(jié)構(gòu)的影響，探討了吡啶N、吡咯N和石墨N三種不同類型摻雜N原子對模型結(jié)構(gòu)與性能的影響，希望相應的理論研究結(jié)果可以更好地指導相關(guān)實驗，并可以為后人的研究提供參考。本論文的研究主要得到以下結(jié)論：(1)以改進的Hummers制備得到的氧化石墨為溶質(zhì)，分別以水及水，叔丁醇混合溶液為溶劑進行冷凍干燥，制備疏松多孔的海綿狀氧化石墨烯作為前驅(qū)體。采用微波輻照法，可以在保留前驅(qū)
7、體形貌的基礎(chǔ)上，充分還原海綿狀氧化石墨烯，得到海綿狀石墨烯。還原產(chǎn)物中殘留的氧元素含量大幅降低，并具有較低的石墨層數(shù)，微波還原的效果較為理想，實現(xiàn)了海綿狀石墨烯快速簡捷的制備。以水一叔丁醇混合溶液代替水作為溶劑，可以極大地縮短冷凍干燥時間。叔丁醇的加入，并不影響微波剝離的效果；而使得氧化石墨烯出現(xiàn)團聚，改變了海綿狀氧化石墨烯的聚集方式，前驅(qū)體的形貌、顏色等也出現(xiàn)明顯區(qū)別，其特征峰存在一定程度的偏移，而產(chǎn)物的物相結(jié)構(gòu)和所包含的官能團無明顯的變化。加入叔丁醇后冷凍干燥可獲得孔徑更為細小的海綿狀氧化石墨烯，最終得到的海綿狀石
8、墨烯產(chǎn)物則具有更大的比表面積和更好的吸附性能。萬方數(shù)據(jù)豕雨大學壩上學位論文(2)高能微波輻照法，通過高功率誘導激發(fā)前驅(qū)體處于非穩(wěn)態(tài)，并產(chǎn)生劇烈熱運動：結(jié)合真空負壓環(huán)境，強化石墨烯的剝離效果，最終實現(xiàn)了NH4+插層氧化石墨的快速剝離及氮摻雜，可得到石墨層數(shù)較低的氮摻雜石墨烯產(chǎn)物，產(chǎn)物具有非常良好的還原效果，而N原子的摻入也使得最終產(chǎn)
