下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
为了更经济地生产石墨烯，可以考虑采用自然界普遍存在的原材料作为CVD生长石墨烯的基底。石英砂主要由表面含氧的二氧化硅晶体组成，是地球上最丰富的原料之一，在1050℃条件下可以在石英粉上实现三维石墨烯片的CVD生长，形成了二氧化硅@石墨烯核-壳结构[图1-47（a）]。石英颗粒被用作基底，可以促进石墨烯的成核和生长。即使在CVD生长过程中施加了高温，石英颗粒（约400目）也没有表现出明显的形态变化，但颜色会变成深灰色[图1-47（b）]。值得注意的是，在湿蚀刻过程中没有采用超声波，石墨烯片会自发地与石英颗粒分离[图1-47（b）插图]。在收集、洗涤和干燥之后，分离的石墨烯薄片再次聚集，但彼此没有紧密堆叠[图1-47（c）]。
图1-47 石英砂粉末用于CVD合成大量石墨烯片
在纯化的石墨烯薄片的拉曼光谱中检测到尖锐的2D峰[图1-47（d）]，表明它们具有sp 2 碳结构的长程 π 键共轭。石墨烯具有良好的结晶性，这是由于合成经历了高温处理。此外，相应的D峰也相对较弱且尖锐（D峰和G峰变宽， I D / I G =1.1）。值得注意的是，石英颗粒的三维表面形态被石墨烯薄片复制，因此石墨烯壳层的凹凸结构在除去二氧化硅后仍然存在[图1-47（e）]。通过TEM表征可以看到石墨烯薄层呈现起皱和波纹状[图1-47（f）]。相应的SAED图案[图1-47（f）插图]也表明了石墨烯层的非AB堆叠结构。通过HRTEM表征石墨烯折叠边缘的图像[图1-47（g）]，可以看出该方法合成的石墨烯的层数在单层到几层。通过研究生长温度和甲烷浓度对拉曼峰强度比（ I D / I G 和 I 2D / I G ）的变化规律，发现了石墨烯层厚度和三维石墨烯片的结晶度的良好可控性。控制石墨烯的缺陷和层数对于调控能量存储和转换装置中的电化学反应的电荷传输是十分有效的。