(结项报告)化学学院+王纪学+石墨烯基纳米薄膜制备及其光电性能研究.doc

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1、总编号　　　　　　　　　　　北京师范大学“本科生科研基金”项目结项报告项　目　名　称：石墨烯基纳米薄膜的制备及其光电性能研究申　　请　　人：王纪学所在（院）系：化学学院申请人电话：15120097872申请人电子信箱：chem3@163.com导　　　　　师：王科志导　师　职　称：教授导师所在单位：化学学院导　师　电　话：58805476导师电子信箱：kzwang@bnu.edu.cn填　表　日　期：2011年4月8日北京师范大学教务处制表填表说明1、项目负责人按要求如实填写《北京师范大学“本科生科研基金”项目结项报告》（简称《结项报告》），并提供必要的附件材料，作为项目验收和评估的主要依据

2、。2、填写《结项报告》要求保证内容真实，数据准确。所有栏目必填，不得有空缺，所填栏目不够用时可加附页。3、封面总编号由“科研训练领导小组”统一编写。4、《结项报告》用A4　纸打印，原件一份，于左侧装订成册。各单位可以自行翻印，但格式、内容、大小应与原件相同。一、总结报告（要求字数在3000－5000字）项目综述：当今世界能源危机形势严峻。世界人口增长，生态环境恶化，在相当长一段时期内，人类亟待解决的重大问题之一是能源问题。常规能源储量有限，难以满足可持续发展的需要。太阳能光伏电池可以直接将储量大、分布广、清洁可再生的太阳能转换为电能，而且具有无污染、无需燃料运输、使用期限长久和安全的特点，已

3、经引起了广泛的重视。硅光电池等半导体太阳能电池光电转换效率高，技术成熟，但受到成本较高，材料纯度和制备工艺的限制，其大规模的普及应用受到一定程度的制约。薄膜太阳能电池的光电转换效率低，但与晶体硅太阳电池比较起来，具有以下优点：一、材料来源广，消耗少，薄膜太阳能电池只需使用纳米级厚度的光电转换材料；二、制造能耗低，薄膜太阳能电池使用化学气相沉积、循环伏安法、物理化学气相沉积等多种技术，与制备晶体硅太阳能电池相比较，能耗大大降低；三、质量轻，薄膜太阳能电池结构质量轻、可根据用途使用软性基材制造，易折叠携带、应用空间弹性大[1]。1991年，瑞士科学家Grätzel等[2]首次利用纳米技术将染料敏

4、化太阳能电池的转化效率提高到7.1~7.9%。从此，对染料敏化纳米晶太阳能电池（DSSC）、有机及聚合物太阳能电池的研究日益深入[3~6]。目前，薄膜电池的转换效率达到6%~8%，近两年可达到10%~12%。2004年，英国Manchester大学的Andre·Geim教授和Kostya•Novoselov研究员等首次制备出了石墨烯[7]。从此，石墨烯凭借自身超大的比表面积、超薄、超硬、超强韧性、超强导电性和相当的透明度引起了全世界的研究热潮[8~9]。2010年10月，Andre•Geim教授和Kostya•Novoselov研究员因为对石墨烯的“突破性实验”而获得2010年诺贝尔物理学奖

5、。预计这种材料将在电子学发挥重要作用，瑞典皇家科学院称：“由于它实质是一种透明的、非常好的导体，石墨烯可以用来生产透明触摸屏、灯光板、甚至是太阳能电池。它是一种完美的原子晶格[10]。”稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性，石墨烯中的电子能以恒定的速率移动，还表现出了异常的整数量子霍尔行为。其霍尔电导等于2e2/h，6e2/h，10e2/h，……，为量子电导的奇数倍，且可以在室温下观测到。这个行为已被科学家解释为电子在石墨烯里的有效质量为零，这和光子的行为极为相似；不管石墨烯中的电子带有多大的能量，电子的运动速率都约是光子运动速率的1/300。石墨烯的室温量子霍尔效应，无质量狄拉克费米子型

6、载流子，高达200000cm2/V•s的迁移率等新奇物性相继被发现。在室温下有微米级的平均自由程和很长的相干长度，石墨烯是纳米电路的理想材料[11]。氧化石墨烯的结构与石墨烯大体相同，是一种重要的石墨烯基多官能团氧化物，在一层碳原子构成的二维空间无限延伸的基面上连有羰基、羟基、羧基等的官能团（如图1所示）。这些基团破坏了层面内的π键，大大降低了传导电子的能力。但同时功能基团的接入，赋予氧化石墨烯一些新的特性，如分散性、亲水性、与聚合物的兼容性等，是一种潜在的制备复合薄膜的良好材料。当前对氧化石墨烯的研究主要集中在对其制备[12]、还原[13]和纳米复合材料[14]等方向，对氧化石墨烯薄膜本身

7、的光电化学性质的研究尚未见报道。图1石墨烯结构示意图目前制备石墨烯的主要方法[15~17]有：化学气相沉积法、微机械剥离法、有机合成法、剥离-再嵌入-扩涨法以及氧化石墨还原法等。化学气相沉积法是以能量激化气体反应先驱物发生化学反应，在基底表面形成石墨烯薄膜的一种薄膜成长方法。然而现阶段工艺不成熟及较高的成本限制了其规模应用。微机械剥离法是采用离子束对物质表面刻蚀，并通过机械力对物质表面进行剥离制备石墨烯。但由