摘 要

石墨烯，一个由单层碳原子堆积而成的二维蜂窝状结构的新材料，由于其非凡的电、

热、机械性能，及高比表面积(2600 m²/g)、易功能化等特点，目前已成为材料科学领域的一个研究热点，在纳电子学、能源、环境、生物医学等领域具有广泛的应用前景。然而，石墨烯是零带隙材料，在紫外到近红外光学吸收范围内呈现带间吸收主导的恒定的光电导现象，没有共振吸收峰，因而在光电转化应用中受到限制。半导体纳米材料，具有分立的电子能级，尺寸及组分依赖的能级间距，由于其优异的可调控的光学性能成为另一个引起人们研究兴趣的纳米体系，在生物荧光标记、电致发光、高效光电转化器件中具有潜在的应用。然而，半导体纳米材料尺寸较小，稳定性差，需要利用有机配体对其进行包覆，而有机配体严重阻碍了纳米材料之间的耦合，影响纳米材料之间的电荷传输，导致半导体纳米材料体系具有极低电导率和光电导率，限制了它们在光电等方面应用。

因此，将石墨烯和半导体纳米材料复合被视为一个制备高性能光电器件中潜在的材料的方法，因为它们结合了纳米材料的光电转换能力和石墨烯优异的导电能力，在光电器件、光催化和太阳能电池方面具有潜在的应用前景。

本文首先以鳞片石墨为原料，通过Hummers法制备氧化石墨，然后将制备的氧化石墨超声分散，加入水合肼还原得到还原性石墨烯，接下来通过两步溶剂热法将还原产物与硒硫化镉结合生成石墨烯-硒硫化镉复合材料。测试XRD和SEM分析结晶状况和表面形态等，然后改变还原性氧化石墨烯加入的量来制备不同的石墨烯-硒硫化镉复合材料，利用电化学阻抗谱和瞬时光电流测试分析它们的电化学和光电性能，探索还原性氧化石墨烯用量对复合材料性能的影响规律。

关键词：Hummers法；氧化石墨；石墨烯-CdSSe复合材料；光电学性能

Abstract

Graphene, a two-dimensional material, composed of monolayer carbon atoms packed into a

honeycomb network, due to its extraordinary electrical, thermal, and mechanical properties, extremely highspecific surface area (2600 m2/g) and easy functionalization, has become a hot research topic on thehorizon of material science at present and it is highly attractive for nanoelectronics, energy, environment,and bio-medical applications. However, perfect graphene does not show evident advantages inoptoelectronics owing to its nature as a zero-bandgap semiconductor. Constant photoconductivephenomenon presents in the inter-band absorption of graphene in the range from ultraviolet to near-infrared,that is to say, graphene has not resonance absorption peak, and thus the application for the photoelectricconversion performance is limited. Semiconductor nano materials have a discrete electronic energy levels, size- and component-dependentenergy level spacing. They have been aroused research interests due to its excellent optical properties. Andhave intensively investigated for their significant potential in biological fluorescent labels,electroluminescent, highly efficient photoelectric conversion devices. However, in order to make thesmall-size nano materials stable, nano materials are usually coated with organic ligands to preventaggregation and chemical degradation. Neveretheless, the coating organic-ligand layer severely limits theconductivity and the photoconductivity of nano materials-array films because of the influence of the ligandson the interactions and the spatial distribution of nanopaticles. This severely encumbers the applications of nano materials in optoelectronic devices.

Thus, the graphene and semiconductornano materials composites are regarded as a potential materialfor the preparation of high-performance optoelectronic devices, because it combines the photoelectricconversion ability of the nano materialsand excellent electrical conductivity of the graphene. Thesecomposite materials will have potential applications in optoelectronic devices, photocatalysis and solar cell,and so on.

In this article, flake graphite as raw material, graphite oxide was prepared by Hummers method, The produced graphite oxide were treated by ultrasonic oscillation and reduced to graphene by refluxing, . Next , the better one was selected as raw material which combined with CdSSe to synthesize graphene-CdSSe composites via a two-step solvothermal method. TheXRD and SEM analysis showed the crystallization conditions and surface morphology of the composites. In addition, the influence of graphene dosage on the performance of composites was explored by EIS, transient photocurrent response and three-electrode cyclic voltammetry.

Key Words：Hummers method；graphite oxide；graphene-CdSSe composites materials；electrochemical and photoelectric properties

目录

摘要 I

Abstract II

第一章绪论 1

1.1 引言 1

1.2 石墨概述 1

1.2.1 石墨概括 1

1.2.2 石墨的性质和结构特征 1

1.2.3 石墨提纯 2

1.3氧化石墨烯概述 2

1.3.1 氧化石墨烯的结构和特征 2

1.3.2氧化石墨烯的制备 3

1.4石墨烯概述 4

1.4.1 石墨烯 4

1.4.2 石墨烯的制备 5

1.4.3 石墨烯特性 8

1.5石墨烯复合材料 10

1.6选题的主要内容和目的意义 11

第二章实验流程方法与测试分析 13

2.1 概述 13

2.2 实验流程 14

2.2.1 氧化石墨制备 14

2.2.2 硒代硫酸钠溶液的制备 15

2.2.3石墨烯的制备 16

2.2.4CdS_xSe_1-x-石墨烯复合材料的制备………………………………………...16

2.3 测试技术 16

2.3.1X射线衍射分析 17

2.3.2扫描电子显微镜 17

2.3.3瞬时光电流测试 17

2.3.4电化学阻抗谱分析 17

第三章氧化石墨和石墨烯的制备和表征 19

3.1 实验部分 19

3.1.1 实验试剂 19

3.1.2 实验仪器 19

3.1.3 实验过程 20

3.1.3.1氧化石墨制备过程 20

3.1.3.2石墨烯制备过程 21

3.2表征与测试 21

3.3结果与讨论 21

3.4 本章小结 23

第四章石墨烯-硒硫化镉复合材料的制备 24

4.1 实验部分 24

4.1.1 实验试剂 24

4.1.2 实验仪器 24

4.1.3 实验过程 25

4.2 表征与测试 26

4.2.1 X射线衍射分析 …………………………………………………………26

4.2.2瞬时光电流分析 26

4.2.3电化学阻抗谱分析 26

4.2.4紫外光谱分析 27

4.3 实验结果与讨论 27

4.3.1不同硒源制备得到的CdS_xSe_1-x-石墨烯复合材料 28

4.3.1.1以硒粉为硒源制备的CdS_xSe_1-x-石墨烯复合材料 28

4.3.1.2以硒代硫酸钠为硒源制备的CdS_xSe_1-x-石墨烯复合材料 29

4.3.2 CdS_xSe_1-x-石墨烯复合材料电化学性能研究 30

4.3.3石墨烯含量对复合材料光电性能的影响 30

4.4 本章小结 31

第五章总结及展望 32

参考文献 33

致谢 36

第一章绪论

1.1 引言

碳材料是一种广泛存在于自然界，目前使用较为普遍的材料。其在自然界存在的形式多种多样，不仅可以构成目前已知的最为坚硬的材料——金刚石，也能够形成如石墨这种较柔软的材料。随着人们对碳材料的探索研究不断深入，其独特的物性和多样的形态逐渐被发现。1985 年发现的零维富勒烯、1991年发现的一维碳纳米管与三维的金刚石和石墨组成了碳系家族。虽然早在 70 多年前，Landau 及 Peierls 就认为严格的二维晶体由于热力学不稳定是不可能存在的。然而 2004 年 Manchester 大学教授 Geim AK 等首次获得了碳质材料的基本结构单元——二维的石墨烯。石墨烯的发现，填补了碳系家族二维材料的空白，同时也引起了大量科学工作者的高度关注。