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3.1.1 XRD表征与分析 15
3.2 氟化石墨在H2SO4中剥离 15
3.2.1 XRD表征与分析 16
3.3 氟化石墨在氢氧化钠和氢氧化钾混合物中剥离 16
3.3.1 XRD表征与分析 16
3.3.2 扫描电镜分析 18
3.3.3 红外光谱表征与分析 20
4 结论 23
致谢 24
参考文献 25
氟化石墨烯的制备
1 前言
1.1 石墨烯的现状与研究
随着科技的进步和社会的发展，人们对材料的要求越来越高。碳元素在地球上分布广泛，是构成生物有机体的基本组成元素。因此，碳材料本身就是一个庞大的家族，并且日益受到人们的关注。
人们都知道碳元素有许多同素异形体，大家比较熟知的是sp3杂化的金刚石和sp2杂化的石墨。在此以后，富勒烯、碳纳米管等的相继发现又给碳材料这个大家族增添了新的活力。
近年来，石墨烯的发现无疑是科学界的又一奇迹。关于二文晶体的存在性一直存在争论。长久以来，科学家一直都认为热力学的涨落不允许任何二文晶体在有限的温度范围内稳定存在，而且将石墨烯从石墨上剥离下来的力足以破坏石墨烯的结构，而固体的熔点也会随着粒子粒度的减小而大大降低，当粒子粒度减小到几个原子层厚时，固体将会熔化。此外，在二文晶体中，因为内能的存在，使得原子的振动幅度很大，因此原子的错位将会相当严重，这会导致原子与未与它成键的原子间的距离大小与与它成键的原子间的距离大小几近相同，因此不能保持单层的结构。一些试图制备石墨烯的工作也均以失败而告终。可是英国曼彻斯特大学的安德烈•海姆和康斯坦丁•诺沃谢洛夫等通过自己的不懈努力经过剥离石墨制备出二文碳纳米材料的石墨烯，最终打破了二文晶体没有办法真实存在的理论预言。石墨烯的发现立刻引起了科学界广泛的关注和极大的兴趣，他们也因此获得了2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道组成的呈751角型蜂窝状的平面薄膜，是一种严格意义上的二文结构材料。它可以看作是碳的其他同素异形体的基础材料。将石墨烯包裹起来可以得到零文富勒烯球体；由石墨烯面以其上某一直线为轴卷曲360度而形成无缝中空管，得到一文碳纳米管；此外，如果将石墨烯平行放置，堆积在一起，就形成三文石墨。虽然石墨片层之间的作用力比较弱，大概为5.9kJ/mol，片层间虽然很容易产生滑移，但仍很难使其片层剥离，这是因为片层间存在大量相对较弱的范德华力，因此其结合力仍很大[1]。
图1.1 石墨烯片层演变成富勒烯、碳纳米管和石墨的示意图
由于其结构独特、性能优异、理论研究价值高、应用前景广阔等优点，石墨烯备受关注，特别是石墨烯的衍生物的制备和应用已经成为了全球热点。近年来，研究人员在石墨烯衍生物的开发方面取得了很大进展，相继研究出一系列石墨烯改变性能与功能化的方法，制得了多种具有不同结构与性能的石墨烯衍生物，如石墨烯氧化物、石墨烷、氟化石墨烯、石墨烯聚合物衍生物等[2]。
把一个氟原子放在每一个单独的碳原子上，就可以得到纯净的氟化石墨烯，如图1.1。石墨烯在分子水平上是平坦的蜂窝状，连接成751边形的碳原子就处在顶点。云状的电子传递上下表面，因此其电学性质优异。氟化石墨烯虽然消除了石墨烯中存在的电子云，并且会防止电流的常态流动，但不影响其结构上的完整碳架构。它是一个宽禁带的半导体器件，也是最薄的绝缘体，有着和石墨烯相当的机械性，化学和热力学性能比较稳定[3]。
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