石墨烯的制备2

石墨烯是一种拥有独特结构及优异性能的新型材料，它为单原子层二维蜂窝状结构，被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元。零维富勒烯是由石墨烯弯曲成足球状得到的，一维的碳纳米管是由石墨烯卷曲而成，三维结构的石墨则被认为是石墨烯片层的紧密堆叠。近年来关于石墨烯的理论研究、实验制备及应用等方面已成为国内外研究的热点。由于石墨烯具有高导电性、高导热性、高比表面积、高强度和刚度等诸多优良特性，在储能、光电器件、化学催化等诸多领域获得了广泛的应用，其中在锂离子电池领域尤为突出。锂离子电池是迄今为止比能量最高的二次电池，具有最好的综合性能，已成为便携式电子设备和动力电源的首选，特别是后者，对锂离子电池的能量密度、功率密度提出了更高的要求。石墨烯的出现为锂离子电池高性能的突破带来了可能，从而为高容量、高倍率、长寿命的锂离子电池材料的研究掀起新一轮的研究热潮。

1.1  化学法

1.1.1   化学气相沉积法

CVD 法提供了一种可控制备石墨烯的有效方法：将平面基底置于高温可分解的前驱体气氛中，再进行高温退火使碳原子沉积在基底表面得到独立的石墨烯片。此方法最大的优点是可制备出大面积的石墨烯，生产工艺比较完善。但它仍有不足之处，使用这种方法得到的石墨烯，在某些性能上可以与机械剥离法制备的石墨烯相比，但缺乏后者所具有的另一些属性，它制备所得石墨烯的电子性质受衬底的影响很大。

1.1.2   石墨插层法

石墨插层法以天然鳞片石墨为原料，将插入物质与石墨混合得到石墨烯。在石墨层与层之间插入一些非碳质的原子、分子或原子团后形成新的层状化合物。插入物质会削弱石墨层间的作用力，所以要进行超声和离心处理才可得到石墨烯片。此法得到的石墨片厚度最小只能达到几十纳米，这主要是因为制备的不可控性，无法保证充分有效的插层，从而对进一步的剥离产生影响。而且加入的强酸强碱等插层物质会破坏石墨烯的sp2 结构，影响其物理和化学性能。

1.1.3   氧化石墨的热膨胀法和还原法

这是最有可能实现石墨烯规模化制备的方法。该法把鳞片石墨经过一系列氧化反应获得氧化石墨，再还原得到石墨烯。此法可制备大量廉价的石墨烯材料，这归因于石墨与强氧化剂发生反应会使石墨层间距加大而成为氧化石墨。这种方法简便且成本较低，可以制备出大量石墨烯。但缺点是经强氧化剂氧化过的石墨不一定能够完全还原，使其导电性能损失很大。