石墨氧化-还原法制备石墨烯材料 制备过程中产物成分、结构和性质的演变及应用【2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载】

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第1章 碳的家族与石墨烯的研究现状1

1.1 碳的家族1

1.1.1 碳元素及碳原子的键合方式1

1.1.2 碳家族的组成2

1.2 石墨烯的研究现状9

1.2.1 石墨烯的制备方法9

1.2.2 石墨烯的结构16

1.2.3 石墨烯的性质17

1.2.4 石墨烯的应用18

1.3 石墨烯材料的分类22

第2章 石墨的矿物学特征31

2.1 样品采集与表征方法31

2.1.1 样品采集31

2.1.2 表征方法32

2.2 显微形貌、结构与化学组成特征33

2.2.1 显微形貌与能谱分析33

2.2.2 显微结构与电子衍射分析36

2.2.3 光电子能谱元素分析与结合能37

2.3 晶体结构特征39

2.3.1 晶胞参数39

2.3.2 石墨化度与3R多型含量40

2.3.3 结构缺陷与无序度42

2.4 物理化学性质43

2.4.1 热稳定性43

2.4.2 表面电性44

2.4.3 界面湿润性45

2.4.4 导电性46

2.4.5 可膨胀性46

2.5 小结50

第3章 氧化石墨的制备与表征52

3.1 氧化石墨制备的试验方法与表征技术52

3.1.1 制备方法52

3.1.2 表征方法55

3.2 石墨和氧化石墨的主要特征56

3.2.1 石墨和氧化石墨的结构56

3.2.2 石墨与氧化石墨的官能团类型56

3.2.3 石墨与氧化石墨的化学键类型58

3.2.4 石墨与氧化石墨的拉曼光谱59

3.2.5 石墨与氧化石墨的微形貌60

3.3 氧化石墨的XRD特征与结构变化61

3.3.1 高锰酸钾用量的影响61

3.3.2 浓硫酸用量的影响62

3.3.3 低温阶段反应时间的影响63

3.3.4 中温阶段反应时间的影响63

3.4 氧化石墨的红外光谱特征与官能团的变化64

3.4.1 高锰酸钾用量的影响64

3.4.2 浓硫酸用量的影响65

3.4.3 低温阶段反应时间的影响66

3.4.4 中温阶段反应时间的影响67

3.5 氧化石墨的拉曼光谱与氧化程度和结构有序性变化68

3.5.1 高锰酸钾用量的影响68

3.5.2 浓硫酸用量的影响69

3.5.3 低温阶段反应时间的影响70

3.5.4 中温阶段反应时间的影响71

3.6 氧化石墨的X射线光电子能谱与含氧官能团的变化72

3.7 简化Hummers法制备氧化石墨及表征73

3.7.1 XRD特征74

3.7.2 FT-IR光谱特征74

3.7.3 Raman光谱特征75

3.8 石墨在氧化过程中的结构演变规律76

3.8.1 石墨氧化过程中结构的变化过程76

3.8.2 石墨氧化过程中的化学反应过程77

3.9 小结79

第4章 氧化石墨烯（薄膜）的制备与表征82

4.1 氧化石墨烯（薄膜）的制备方法与表征技术82

4.1.1 氧化石墨烯的制备方法82

4.1.2 氧化石墨烯薄膜的制备方法84

4.1.3 表征方法85

4.2 pH对氧化石墨烯分散性和Zeta电位的影响86

4.2.1 分散性86

4.2.2 Zeta电位88

4.3 氧化石墨烯粒度与AFM表征89

4.3.1 粒度分析89

4.3.2 AFM特征与片层厚度变化89

4.4 氧化石墨烯薄膜的结构与性能表征91

4.4.1 氧化石墨烯薄膜的XRD特征与结构变化91

4.4.2 氧化石墨烯薄膜的TG-DTA特征与热稳定性变化92

4.4.5 氧化石墨烯薄膜的UV-vis光谱与电子跃迁92

4.5 大片径氧化石墨烯分散液的制备与表征93

4.5.1 大片径氧化石墨烯分散液的制备方法93

4.5.2 大片径氧化石墨烯分散液的AFM表征94

4.6 氧化石墨在制备氧化石墨烯过程中结构与属性的演变94

4.7 小结96

第5章 还原氧化石墨烯（薄膜）的制备及表征99

5.1 还原氧化石墨烯（薄膜）的制备方法及表征技术99

5.1.1 还原氧化石墨烯的制备方法99

5.1.2 还原氧化石墨烯薄膜的制备方法103

5.1.3 表征方法105

5.2 化学还原过程中还原氧化石墨烯的属性表征105

5.2.1 颜色与分散性105

5.2.2 Zeta电位106

5.2.3 粒度分析107

5.2.4 显微形貌107

5.2.5 还原后产物的结构属性变化111

5.2.6 化学法制备还原氧化石墨烯机理115

5.3 焙烧还原过程中还原氧化石墨烯的属性表征116

5.3.1 空气气氛中焙烧处理氧化石墨烯制备的还原氧化石墨烯的属性特征116

5.3.2 氮气气氛中焙烧处理氧化石墨制备的还原氧化石墨烯的属性特征121

5.3.3 氮气气氛下焙烧氧化石墨制备还原氧化石墨烯的机理128

5.4 水热还原过程中三维还原氧化石墨烯的属性表征129

5.4.1 外观形貌与显微形貌特征129

5.4.2 微区形貌与晶格条纹特征130

5.4.3 物相结构特征131

5.4.4 Raman光谱特征132

5.4.5 FT-IR光谱特征132

5.4.6 XPS光谱特征133

5.5 氧化—还原法制备还原氧化石墨烯的属性变化134

5.5.1 结构的变化134

5.5.2 产物结构中官能团的变化136

5.5.3 产物微晶尺寸的变化137

5.6 小结139

第6章 石墨烯与氧化石墨烯的能带结构计算142

6.1 计算方法的选择与参数设定142

6.1.1 紧束缚近似法142

6.1.2 第一性原理计算法143

6.1.3 方法的选择与参数设定143

6.2 石墨烯的电子结构144

6.3 石墨烯纳米带的电子结构146

6.4 氧化石墨烯电子结构148

6.4.1 环氧型氧化石墨烯电子结构148

6.4.2 羟基型氧化石墨烯电子结构154

6.5 环氧与羟基共存型氧化石墨烯电子结构158

6.5.1 结构模型与稳定性158

6.5.2 禁带宽度与电子态密度161

6.6 缺陷型石墨烯电子结构163

6.7 小结164

第7章 石墨烯与氧化石墨烯的分子振动光谱计算168

7.1 石墨烯的分子振动光谱168

7.1.1 石墨烯分子振动光谱的因子群分析168

7.1.2 石墨烯分子振动光谱的理论计算170

7.1.3 石墨烯与石墨分子振动光谱的对比分析171

7.2 氧化石墨烯的分子振动光谱173

7.2.1 环氧型氧化石墨烯的分子振动光谱173

7.2.2 羟基型氧化石墨烯的分子振动光谱177

7.2.3 环氧和羟基共存型氧化石墨烯的分子振动光谱179

7.3 缺陷型石墨烯拉曼光谱183

7.4 小结184

第8章 不同氧化－还原程度氧化石墨（烯）的气敏性能187

8.1 氧化石墨（烯）气敏元件的制备技术187

8.1.1 气敏元件的制备187

8.1.2 气敏元件的表面形貌188

8.1.3 气敏元件的气敏性能测试189

8.2 不同氧化程度氧化石墨（烯）的气敏性能190

8.2.1 不同氧化程度氧化石墨（烯）的阻温特性190

8.2.2 不同氧化程度氧化石墨（烯）的湿敏性能192

8.2.3 不同氧化程度氧化石墨（烯）的乙醇敏感性能194

8.2.4 不同氧化程度氧化石墨（烯）的氨气敏感性能196

8.2.5 不同氧化程度氧化石墨（烯）的甲烷敏感性能197

8.2.6 不同氧化程度氧化石墨（烯）的氢气敏感性能199

8.3 不同还原程度氧化石墨（烯）的气敏性能200

8.3.1 不同还原程度还原氧化石墨（烯）的阻温特性200

8.3.2 不同还原程度还原氧化石墨（烯）的湿敏性能203

8.3.3 不同还原程度还原氧化石墨（烯）的乙醇敏感性能207

8.3.4 不同还原程度还原氧化石墨（烯）的氨气敏感性能210

8.3.5 不同还原程度还原氧化石墨（烯）的甲烷敏感性能213

8.3.6 不同还原程度还原氧化石墨（烯）的氢气敏感性能215

8.4 氧化石墨（烯）敏感机理217

8.4.1 氧化石墨（烯）的结构和半导体特性217

8.4.2 氧化石墨（烯）对气体分子的吸附与响应217

8.4.3 氧化石墨（烯）的敏感机理分析219

8.4.4 氧化石墨（烯）的敏感模型220

8.5 小结221

第9章 TiO2／还原氧化石墨烯纳米复合物的制备、表征与气敏性能223

9.1 TiO2／还原氧化石墨烯纳米复合物及其气敏元件的制备技术及表征方法223

9.1.1 TiO2／还原氧化石墨烯纳米复合物及其气敏元件的制备技术223

9.1.2 表征方法224

9.2 TiO2／还原氧化石墨烯纳米复合物制备过程中产物的结构变化225

9.2.1 氧化石墨及插层、水解产物的结构变化225

9.2.2 Ti（OH）4／氧化石墨烯纳米复合物焙烧过程中的结构变化226

9.2.3 TiO2／还原氧化石墨烯纳米复合物的微观形貌227

9.2.4 TiO2／还原氧化石墨烯纳米复合物官能团变化229

9.2.5 TiO2／还原氧化石墨烯纳米复合物的成键特点229

9.2.6 TiO2／还原氧化石墨烯纳米复合物制备过程中结构的变化模型231

9.3 TiO2／还原氧化石墨烯纳米复合物的阻温特性231

9.4 TiO2／还原氧化石墨烯纳米复合物的湿敏性能233

9.5 TiO2／还原氧化石墨烯纳米复合物的乙醇敏感性能235

9.6 TiO2／还原氧化石墨烯纳米复合物的氨气敏感性能236

9.7 TiO2／还原氧化石墨烯纳米复合物的敏感机理238

9.7.1 TiO2／还原氧化石墨烯纳米复合物的吸附机理238

9.7.2 TiO2／还原氧化石墨烯纳米复合物的气敏机理及模型239

9.8 小结241

第10章 氧化石墨烯改性产物的制备及属性表征244

10.1 氧化石墨烯的有机改性及表征方法244

10.1.1 有机改性方法244

10.1.2 表征方法249

10.2 烷基季铵盐插层氧化石墨的结构和属性表征249

10.2.1 CnTAB插层氧化石墨的结构变化249

10.2.2 CnTAB插层氧化石墨的FT-IR光谱分析251

10.2.3 CnTAB插层氧化石墨的Raman光谱252

10.2.4 CnTAB在氧化石墨层间的排布模式253

10.3 烷基季铵盐改性还原氧化石墨烯的结构和属性表征255

10.3.1 烷基季铵盐改性氧化石墨烯的有机分散性255

10.3.2 烷基季铵盐改性氧化石墨烯还原产物的结构变化256

10.3.3 烷基季铵盐改性氧化石墨烯还原产物的FT-IR光谱257

10.3.4 烷基季铵盐改性还原氧化石墨烯的Raman光谱257

10.3.5 烷基季铵盐改性氧化石墨烯还原产物的有机分散性258

10.4 对苯二胺（PPD）接枝还原氧化石墨烯的结构和属性表征259

10.4.1 PPD接枝还原氧化石墨烯的结构259

10.4.2 PPD接枝石墨烯的FT-IR光谱260

10.4.3 PPD接枝还原氧化石墨烯的Raman光谱261

10.4.4 PPD接枝还原氧化石墨烯的XPS264

10.4.5 PPD接枝还原氧化石墨烯的有机分散性265

10.4.6 PPD接枝还原氧化石墨烯的热稳定性266

10.4.7 PPD接枝还原氧化石墨烯的电导率267

10.4.8 PPD接枝还原氧化石墨烯的机理268

10.5 小结268

第11章 聚苯胺／还原氧化石墨烯纳米复合物的制备及属性表征271

11.1 聚苯胺／还原氧化石墨烯纳米复合物制备与表征技术271

11.1.1 制备方法271

11.1.2 表征方法276

11.2 聚苯胺／氧化石墨烯纳米复合物的属性表征277

11.2.1 PANI/GOs纳米复合物的结构变化277

11.2.2 PANI/GOs纳米复合物的形貌278

11.2.3 PANI/GOs纳米复合物的FT-IR光谱280

11.2.4 PANI/GOs纳米复合物的Raman光谱281

11.2.5 PANI/GOs纳米复合物的电学性能282

11.2.6 PANI/GOs纳米复合物的电化学性能284

11.2.7 PANI/GOs纳米复合物的复合机理285

11.3 聚苯胺／还原氧化石墨烯纳米复合物的属性表征286

11.3.1 PANI/Gs纳米复合物的结构变化286

11.3.2 PANI/Gs纳米复合物的形貌变化287

11.3.3 PANI/Gs纳米复合物的FT-IR光谱分析288

11.3.4 PANI/Gs纳米复合物的Raman光谱分析289

11.3.5 PANI/Gs纳米复合物的电学性能289

11.3.6 PANI/Gs纳米复合物的电化学性能291

11.3.7 PANI/Gs纳米复合物的复合机理292

11.4 小结293

第12章 三维还原氧化石墨烯／聚苯胺复合材料的制备及超级电容性能296

12.1 三维还原氧化石墨烯／聚苯胺复合材料的制备技术及表征方法297

12.1.1 三维还原氧化石墨烯／聚苯胺复合材料的制备——一步复合法297

12.1.2 三维还原氧化石墨烯／聚苯胺复合材料的制备——两步复合法297

12.1.3 工作电极的制备298

12.1.4 表征方法298

12.2 聚苯胺与三维还原氧化石墨烯的超级电容性能299

12.2.1 聚苯胺的超级电容性能299

12.2.2 三维还原氧化石墨烯的超级电容性能300

12.3 三维还原氧化石墨烯／聚苯胺复合材料的形貌、结构与超级电容性能——一步复合法（A）304

12.3.1 形貌特征304

12.3.2 结构特征307

12.3.3 谱学特征308

12.3.4 超级电容性能309

12.3.5 一步复合法制备三维还原氧化石墨烯／聚苯胺复合材料的机理分析315

12.4 三维还原氧化石墨烯／聚苯胺复合材料的形貌、结构与超级电容性能——两步复合法（B）316

12.4.1 形貌特征316

12.4.2 结构特征318

12.4.3 谱学特征319

12.4.4 超级电容性能320

12.4.5 两步复合法制备三维还原氧化石墨烯／聚苯胺复合材料的机理分析327

12.5 小结327

索引332

附录339