氧化石墨烯的同步氮掺杂与还原

我们开发了一种简单的化学方法，通过在氨气中对氧化石墨烯（GO）进行热退火，获得大量N掺杂的还原氧化石墨烯片。对不同反应温度下退火的GO片进行X射线光电子能谱（XPS）研究表明，N掺杂在低至300°C的温度下即可发生，而最高掺杂水平约5% N在500°C时达到。N掺杂伴随着GO的还原，氧含量从原始GO中的约28%降至1100°C NH3反应GO中的约2%。对掺杂GO中N键合构型的XPS分析发现，掺杂样品中存在吡啶型N，而在较高温度（>900°C）下退火的GO中，季铵型N（取代石墨烯平面中碳原子的N）增加。研究发现GO中的含氧基团负责与NH3反应并形成C-N键。通过在H2中热退火预还原的、含较少氧基团的GO，其与NH3的反应活性显著降低，N掺杂水平也较低。单个GO片器件的电学测量表明，在NH3中退火的GO比在H2中退火的GO具有更高的电导率，表明在NH3中退火比在H2中退火能更有效地还原GO，这与XPS数据一致。N掺杂的还原GO在三端器件中表现出明显的n型电子掺杂行为，狄拉克点（DP）位于负栅极电压处。我们的方法可以合成大量N掺杂的还原GO片，可用于各种实际应用。