稻谷壳制备石墨烯纳米片及结构表征

为了充分利用南方丰富的稻谷壳资源,制备附加值较高的石墨烯纳米材料。该文采用稻谷壳可再生资源经高温炭化、过筛、透析等工艺等制备活性炭,将其在高纯氩保护下高温催化石墨化后制备的石墨微晶作为石墨烯的新型碳源。应用具有较大离子半径的硫酸根离子(0.295 nm)为插层剂预处理该石墨微晶,经水热及微波工艺制备石墨烯纳米片。采用透射电镜、扫描电镜、原子力显微镜、红外光谱、拉曼光谱及X射线衍射(X-ray diffraction spectroscopy,XRD)等技术对样品进行了形貌、结构和谱学等表征。原子力图表明,该石墨烯纳米片厚度范围为0.8~1.75 nm,为单层或双层石墨烯;由红外光谱可以观察到1 550 cm-1左右的石墨烯特征碳碳双键骨架振动峰。但未观察到传统Hummers氧化及水合肼法常出现,与石墨烯氧化后缺陷度有关的3 000~3 600 cm-1之间峰及1 250 cm-1左右振动峰。XRD数据显示所制备材料在24.7°亦具有石墨烯特征峰。拉曼光谱分析则显示,该方法所制备材料的与石墨烯层数相关的2D峰峰高接近G带的2倍,而与石墨烯缺陷度有关的D带峰峰高较小。该方法可成功制备单层或双层石墨烯纳米片,研究结果为高效制备基于稻谷壳可再生资源的石墨烯开辟了一条新路。