大规模生产高质量的石墨烯是重要的在下一代电子产品中的应用( 1, 2),复合材料( 3, 4)、能源存储设备( 5),免费铂系金属催化剂对氧还原反应的发展(ORR) [ 6- - - - - - 10]。高活动或者是演示的原子掺杂碳纳米结构 p元素。

先决条件基于石墨烯材料的广泛使用的一种简单而可靠的方法生产。目前,在few-layer石墨烯结构的多种合成方法(浮动),电化学剥离的石墨的方法迅速获得它的受欢迎程度( 11]。这是由于大量的这种方法的优势相对于其他传统的焦距方法生产:简单的合成材料的净化,控制氧化程度和能力有缺陷的石墨烯粒子,一步和环境友好的方法(盐的方法利用解决方案与一个温和的浓度,与所有化学方法使用浓酸)。

石墨被认为是惰性,但不同的官能团,如羧基,-哦,= O, O -,和其他缺陷碳原子位于基底上形成过程中飞机和边缘flg合成。flg表面官能团之间的相互作用影响的叠加few-layer石墨烯的片层结构。

石墨烯的导电性和各种石墨烯结构全面关注相关的主题,主要是,潜在的使用这些材料在纳米电子设备( 12]。导电性的石墨烯与理想结构被认为超过了相应的价值真正的石墨烯与结构性缺陷;然而,这种观点否定了实验和理论研究表明石墨烯的电导率的增加导致的缺陷数量的增加石墨烯表(见,例如, 13])。同时,flg用作奥尔催化剂应具备足够的电子导电率。例如,在n型石墨烯随着含氮量的增加,电导率降低,从而导致减少这些材料对氧还原反应的催化活性( 8]。

因此,电影由石墨烯电导率测定的结构基础和应用的重要性。在这项研究中,我们提出一个简单而有效的方法来估计电影的电阻由few-layer plasma-assisted获得的石墨烯结构的石墨电极电化学剥离Na₂所以₄解决方案。分析影响湿度和溶剂性质的电导率的焦距电影。

flg plasma-assisted电化学方法合成了剥离石墨用高电压脉冲的 14]。自制的过程进行设置( 15),它允许一个适用于石墨电极浸在电解质溶液的电压脉冲序列振幅高达250 V和上升时间 ca0.5 μ年代。高电流密度(> 20 /厘米²)对电极电解等离子体的形成的必要条件( 14]。对石墨电极大小明显不同,强烈的声,光代观察电极周围的小一号。根据电压脉冲的极性,因此,阴极或阳极电解生成等离子体( 14]。浮动粒子获得使用阴极(c-FLGS)或阳极等离子体(a-FLGS)分离电解质,用蒸馏水洗净在几个周期的离心。

电流电压特性的电影获得的两点方法使用一个艾琳P-20X稳压器(艾琳,俄罗斯)。的测量进行了9毫米×20毫米接触板的环境中水蒸气的某些内容( 16)或其他溶剂。接触板是一个互相交叉电极和一个0.3毫米4.5毫米×0.2毫米联系人之间的差距。值得注意的,联系人之间的距离大大超过横向分离flg片的大小。250年 μL (flg水中悬浮体浓度为0.4毫克/毫升drop-casted接触板上;和这部电影在室温空气干几个小时。的导电性flg电影估计从目前观察到的恒压300 mV。样品第一次被放置在一个管与水(或其他溶剂),然后在管干燥剂(氯化钙)。板本身并不直接接触液体和干燥剂,但溶剂蒸气。

浮动粒子的大小分布得到使用LS 13 320 XR激光粒度分析仪(美国贝克曼库尔特)。flg电影的厚度(200 - 300海里)是由最初的浮动悬挂的浓度(0.4毫克/毫升)和监控使用解决开放(NT-MDT光谱仪器,俄罗斯)原子力显微镜(AFM)。得到了x射线光电子谱(XPS)使用一个规格PHOIBOS 150 MCD电子能谱仪(规格、德国)和x射线管镁阳极(h ν= 1253.6 eV)。谱仪的真空室没有超过4×10⁸Pa。光谱是注册在恒定传输能量的政权(40 eV的宽光谱和10 eV个人行)。调查光谱被记录在步骤1.00 eV,个别线路的光谱被记录在步骤0.03 eV。

Graphene-like结构获得本研究的粒子分布广泛的横向尺寸d,它从60到550纳米(图 1)。早些时候估计flg片的厚度为2 - 4海里( 17]。此外,我们决定使用AFM-microscopy这个参数。最好的高度剖面获得c-FLGS粒子显示在图 2(一个)。从图可以看到,flg片的厚度是2 - 5纳米,同意先前的估计( 17]。flg薄膜的厚度也是由原子力显微镜的手段。数据获得的边缘电影由c-FLGS呈现在图 2 (b)。a-FLGS的边缘电影的形象应该是相同的。因此,flg薄膜的厚度是200 - 300海里。

根据x射线光电子能谱(数字 3(一)和 3(d)), O和S是18.8和1.3的内容。% c-FLGS和23.8和4.1。a-FLGS %,分别。c1高分辨率的XPS谱的反褶积(数字 3(b)和 3(e))依照执行 18, 19)表明,表面含氧官能团flg由环氧(286.7 eV)、羟基(285.3 eV),羧基(288.7 eV)组(表 1)。S2p的反褶积峰(数字 3(c)和 3(f))显示c的存在₃对样品和c组169.6 eV₂在168.4 eV c-FLGS [ 20.]。

图 4显示当前时间曲线flg电影,通过使用阴极plasma-assisted电化学剥离石墨(曲线 1)和阳极等离子体(曲线 2)。在干燥的气氛中,经常在电影“轮子是由它的电子导电率( 21]。增加相对湿度总是导致当前急剧减少,随后逐渐降低其价值(图 4)。观察到的电导率下降flg电影在潮湿的气氛中与水的屏蔽flg片的电影( 21]。类似的电子导电率与湿度的增加减少观察复合材料( 22- - - - - - 24];这一事实与导电粒子的绝缘相关联。返回一个样品干燥气氛导致突然增长和进一步的缓慢复苏的当前值。可能,相反的过程慢得多,因为水分子的速度清除和修复flg片之间的电触点小于焦距粒子周围形成水膜的速率。

由于氧和硫的含量在a-FLGS c-FLGS样本小于1,初始电流在干燥大气c-FLGS电影(见曲线的要稍高一些 1和 2在图 4)。当前下降后观察从干燥环境过渡到一个潮湿a-FLGS电影更明显。这个观察与羧基和羟基的含量高flg生产阳极等离子体。高浓度的表面亲水性基团flg粒子有助于更快速润湿的碳片和水分子扩散到电影。因此,略有区别的本质变化的当前值c-FLGS和a-FLGS样本是由flg成分的特点。换句话说,当前在flg电影是一个湿敏参数定义的表面亲水性基团的浓度flg(表 1)。

一般来说,电子导电率的存在的电影在干燥大气可以是定性标准小flg表面的功能化程度。然而,在我们的案例中,浮动的氧含量足够高和电子电导率应解释为这一事实官能团主要集中在石墨烯边缘的飞机,飞机和基底本身不发生重大变化而原始的石墨( 20.]。

湿度的增加,在当前时间曲线可以区分两个领域:一个快速下降和进一步缓慢降低电流由于溶剂分子的扩散到flg电影( 25]: (1) 我 = 一个 + 一个 e - - - - - - t / α + b 1 - - - - - - k √ t , 在哪里 一个 , 一个 , b , α , k 是扩散模型的参数, t是时候溶剂分子的扩散成电影。

水分子渗透flg电影和一些有效的扩散系数 D随着时间的推移 τ( 26]。真正的扩散系数取决于几个因素,如质量、大小、形状和扩散的分子,以及它们的化学性质(极性)。显然,扩散过程的主要贡献是由浮动的结构(形貌)电影,由粒子具有不同表面含氧官能团的浓度有界与溶剂分子通过氢键。

我们还观察到一个浮动的电导率变化不同的化学性质的溶剂蒸汽的电影。图 5显示当前时间曲线的浮动在庚烷,四氯化碳(三地₄)、乙醇和水蒸气。焦距的方法生产(使用阴极或阳极等离子体)时没有发现明显影响导电率的环境样本位于变化。

尽管高饱和蒸气压(表 2在非极性溶剂(CCl庚烷,的气氛₄),接触片不打扰flg电影仍然是导电(图 5)。同时,极性液体的蒸汽(乙醇、水),有一个重要的溶剂分子渗透到电影和崩溃flg片之间的接触,从而导致电导率下降(膜阻力的增加)。因此,极性含氧官能团的存在石墨烯的边缘飞机有助于这一事实flg片表面的亲水性,与石墨烯。

的模式plasma-assisted电化学剥离的石墨Na₂所以₄解决方案允许生产石墨烯的结构与功能组的控制内容。这是一个相对便宜和环保的方法获得石墨烯的结构,可用于电子设备、铂系金属自由氧还原反应的催化剂,复合材料、超级电容器、燃料电池等。

在干燥的气氛中,电影few-layer石墨烯结构拥有电子电导率减少未经(不像石墨烯氧化物),这表明主要的功能化石墨烯边缘的飞机和焦距的基底平面结构的保护。flg电影的电导率可以由外部控制条件,即。,通过增加或减少环境的湿度环境。湿度的增加,水分子扩散到flg电影。它会导致flg片之间的接触数目的减少,因此,当前的减少。化学性质的影响溶剂的导电性flg电影是由于表面的亲水特性的合成flg粒子。