通过x射线光电子能谱了解石墨烯及其性质

由Thermo Fisher Scientific - x射线光电子能谱(XPS)2017年9月27日

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石墨烯及其类似物在光伏、催化、燃料电池、传感器和电池等各个领域都有潜在的应用前景。但是对石墨烯的详细了解需要精确的表面表征。这只能通过x射线光电子能谱(XPS)仪器的进步来实现

介绍石墨烯及其应用

石墨烯是碳的二维同素异形体，由一层紧密排列的碳原子组成，以六角形晶格键合在一起。正是这种六边形(或蜂窝状)结构赋予了石墨烯非凡的性能。例如，它是世界上最坚固的材料，也是最轻的材料之一。此外，原始石墨烯具有最高的已知电子导电性(200 000厘米)²V^－1年代^－1)、优异的热导率(约5000 W m^－1K^－1)，以及较高的杨氏模量¹．

但是合成石墨烯并不容易，而且大多数方法都很复杂和昂贵。所以我们需要更便宜、更简单、更有效的方法来生产它。其中一种大规模制造石墨烯的方法是氧化石墨烯的化学还原²．后者的应用包括透明导电薄膜，电池和触摸屏中的氧化锡(ITO)替代品，以及电池和太阳能电池的电极材料。欧洲杯足球竞彩最重要的是，氧化石墨烯比石墨烯更容易制造，成本更低，因此可能更早进入批量生产。

石墨烯的应用范围可以通过与其他材料的界面扩展，从而从根本上改变其性能。欧洲杯足球竞彩这是通过使用软物质或固体无机材料对石墨烯表面进行功能化来实现的欧洲杯足球竞彩¹．这种功能化是制造高性能复合材料的关键。

了解石墨烯的表面

许多研究旨在了解石墨烯和氧化石墨烯的独特特性。这些研究为石墨烯在光伏、催化、燃料电池、传感器、电池等领域的应用奠定了基础^3.．

由于石墨烯和氧化石墨烯的功能化对这些应用非常重要，因此彻底了解材料表面以及如何进行工程设计至关重要。

高性能材料的需求只会增加，因此表面工程的重要性不可低估。欧洲杯足球竞彩为什么?因为表面是与外部环境相互作用的点。因此，通过详细了解石墨烯表面的物理和化学相互作用，可以解决欧洲杯足球竞彩材料和设备的许多问题。

XPS:分析石墨烯表面的理想技术

x射线光电子能谱是一种极具选择性地表征材料表面化学性质的理想技术。它还可以识别表面的化学状态，以及测量元素组成、经验公式和当前元素的电子状态。

用x射线辐照固体表面，分析了前10 nm处发射的动能和电子。光电子谱是通过计算在一定动能范围内的喷射电子来记录的。光谱由原子发出具有特定特征能量的电子的峰组成。这些峰值的能量和强度允许用户识别和量化所有存在的表面元素(氢除外)⁴．

这些信息对于许多工业和研究应用是至关重要的，在这些应用中，表面或薄膜组成对性能起着至关重要的作用。毫无疑问，XPS是表征石墨烯及其类似物的一项非常强大的技术。

案例研究:利用XPS对氧化石墨烯进行表征

文献中有大量使用XPS来研究石墨烯和氧化石墨烯表面的例子^5－7．例如，该技术被用于研究石墨烯量子点的组成⁸，以及用于三维全息图像的热光还原氧化石墨烯⁹．它还与TEM、拉曼光谱、AFM和循环伏安法一起用于分析卟啉功能化的石墨烯纳米片⁷．

一项特殊的研究使用XPS(和其他技术)来研究MnO₂氧化石墨烯纳米复合材料¹⁰．MnO₂石墨烯氧化物是一种潜在的超级电容器电极材料，其结构和形貌是需要了解的关键元素。

通过XPS分析纳米复合材料的化学结构、电化学特性和形貌，作者表明氧化石墨烯的性能影响纳米复合材料的形貌和电化学活性。他们还比较了由商用膨胀石墨制成的氧化石墨烯和由商用石墨粉制成的氧化石墨烯。通过对比，他们发现，由前者制备的氧化石墨烯具有更多的官能团和更大的面间间隙。关于这项研究的更多细节，请参阅参考文献¹⁰．

下一步:为石墨烯研究选择正确的XPS模型

人们对石墨烯和石墨烯氧化物的兴趣以及对基于石墨烯的设备的需求只会增加。为了跟上研究需求，高性能XPS仪器的发展是必不可少的。

作为终端用户，选择合适的XPS仪器进行研究的责任落在了您的身上。

Thermo Scientific™K-Alpha™光谱仪旨在以最小的努力获得研究级别的结果。多技术ESCALAB Xi⁺拥有全系列的XPS技术和能力。我们的Nexsa™表面分析系统专门用于超薄膜应用，具有优化的角度分辨XPS。每台仪器确保您的下一次表面分析实验的最佳性能。

参考资料及进一步阅读

“功能化石墨烯复合材料的制备及其在可持续能源和环境中的应用”- X. Gong et al .， Chem。板牙。2016．DOI:10.1021 / acs.chemmater.6b01447
氧化石墨烯-石墨烯
石墨烯的化学功能化及其应用- T. Kuila等，P. Mat. Sci。2012．DOI:10.1016 / j.pmatsci.2012.03.002
什么是x射线光电子能谱- XPS简化，热科学
“用x射线光电子能谱和电化学电容分析还原氧化石墨烯”- K. Michio等，Chem。列托人。2013．DOI:10.1246 / cl.130152
“锂与石墨烯相互作用及化学气相沉积氮掺杂石墨烯薄膜的原位x射线光电子能谱研究”- L. G. Bulusheva et al .， J. Phys。化学。2017．DOI:10.1021 / acs.jpcc.6b12687
“用于无标记ATP检测的卟啉功能化石墨烯纳米片电化学吸附传感器”- H. Zhang等，J. Mater。化学2012．DOI:10.1039 / C2JM35379B
“高发光n掺杂石墨烯量子点的形成机制和优化”- D. Qu等，科学报告2014．DOI:10.1038 / srep05294
三维全息图像的热光还原石墨烯氧化物。李等人，自然通讯2015．DOI:10.1038 / ncomms7984
“氧化石墨烯载体对氧化石墨烯- mno2纳米复合材料电化学性能的影响”- H. Yang et al .， Nano Express2011DOI:10.1186 / 1556 - 276 x - 6 - 531

这些信息来源于赛默费雪科学公司提供的x射线光电子能谱(XPS)。欧洲杯足球竞彩

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引用

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美国心理学协会
Thermo Fisher科学- x射线光电子能谱(XPS)。(2020年5月20日)。通过x射线光电子能谱了解石墨烯及其性质。AZoM。于2021年10月24日从//www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=14545检索。
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Thermo Fisher科学- x射线光电子能谱(XPS)。“通过x射线光电子能谱了解石墨烯及其性质”。AZoM．2021年10月24日。< //www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=14545 >。
芝加哥
Thermo Fisher科学- x射线光电子能谱(XPS)。“通过x射线光电子能谱了解石墨烯及其性质”。AZoM。//www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=14545。(2021年10月24日生效)。
哈佛大学
Thermo Fisher科学- x射线光电子能谱(XPS)。2020.通过x射线光电子能谱了解石墨烯及其性质．AZoM, viewed september 21, //www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=14545。