以硫代氨基脲(CH5N3S)為還原劑，通過還原氧化石墨(GO)制備了石墨烯納米片(GNS)。利用XRD，FE-SEM，AFM和UV-Vis光譜對產物的結構和形貌進行分析，并使用循環伏安和恒流充放電等測試手段來表征其超級電容性能。

　　實驗結果表明，所制備的GNS具有良好的結晶狀態，并且在水溶液中具有良好的分散性。以GNS納米片為電極材料，在3mol/LKOH電解質溶液中，以500mA/g電流密度測試條件下所得比電容量為75F/g。而且GNS納米片顯示出了良好的電化學循環穩定性。

　　sp2雜化的碳原子可看作是構建碳素材料的基本單元，如石墨(2D)、納米碳管(1D)、石墨烯(0D)等。自從2004年首次報道以來，石墨烯所呈現出的獨特性質，如高的比表面積(2630m2/g)、無可比擬的機械性能(楊氏模量：~1100GPa；斷裂強度：125GPa)，超乎尋常的熱導率(~5000W/(m·K))，以及出色的電學性能，有望應用于納米電子器件、復合材料、氣敏傳感器、太陽能電池以及藥物輸運等領域。近年來，石墨烯作為電化學電極材料應用于超級電容器的研究受到關注，石墨烯有望取代傳統的活性碳材料在電化學領域的獲得廣泛應用。

　　石墨烯的制備工藝是實現其工業化應用的關鍵。目前石墨烯主要采用四種不同的方法制備：微加工剝離的方法、化學氣相沉積(CVD)、外延生長和化學還原的方法。其中，化學還原方法以其工藝過程簡單、制備成本低、易于實現工業化應用，而備受業內人士的關注。采用化學還原方制備石墨烯是先將氧化石墨烯在合適的溶劑(通常是水，或者一些極性有機溶劑)中剝離，隨后用水合肼作為還原劑將剝離后的單層氧化石墨烯還原。但是水合肼毒性高、易爆炸，限制了其在石墨烯大規模工業化中的應用。因此，尋找新的還原劑來替代水合肼成為化學還原方法制備石墨烯的關鍵。

　　近年來，人們已嘗試多種還原劑來制備石墨烯，如還原性糖類(葡萄糖)、維生素C、還原性單質(鐵粉)以及硼氫化鈉等。這些還原劑為石墨烯的環境友好合成提供了可能。然而，上述方法存在還原反應時間長，操作過程繁瑣等難題，仍難以滿足人們對石墨烯的現實需要，因此很有必要嘗試新的還原劑來制備石墨烯。

　　本工作嘗試以硫代氨基脲(CH5N3S)為還原劑，還原氧化石墨制備石墨烯納米片。通過X射線粉末衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)，原子力顯微鏡(AFM)、紫外-可見光光譜(UV-VisSpectra)對樣品的組成、結構和顯微形貌進行分析。采用三電極體系超級電容性能，以KOH為電解液，利用電化學工作站(CHI660D)測試樣品的循環伏安以及恒流充放電曲線。

1、實驗部分

　　1.1、儀器與試劑

　　實驗所用儀器：250mL三頸燒瓶；球型冷凝管回流裝置；水浴鍋；DF-101S集熱式磁力加熱攪拌器(金壇市醫療儀器廠)；Sigma3k15臺式高速冷凍離心機(德國SIGMA公司)；離心管；DZF-6050真空干燥箱(上海一恒科技有限公司)。

　　實驗所用的試劑除石墨粉購于青島星遠石墨乳有限公司外，均購于上海化學試劑公司和天津化學試劑公司生產的分析純，使用前沒有采取進一步處理。主要試劑有：石墨粉(含量大于99%的鱗片狀石墨粉和普通石墨粉)、KMnO4、98%濃硫酸、85%濃磷酸、36%~38%鹽酸、無水乙醇、30%H2O2溶液、硫代氨基脲(CH5N3S)、氫氧化鉀、聚偏氟乙烯(PVDF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、泡沫鎳。

　　1.2、GO和GNS樣品的制備

　　GO的制備：0.5g鱗片狀石墨加入70mL硫酸/磷酸(v：v=9：1)混合濃酸中(混和酸需要提前在冰水浴中冷卻到0℃)。劇烈攪拌，向混合物中加入3gKMnO4，繼續攪拌2h。攪拌結束后將反應器轉移到50℃水浴中攪拌反應12h。待反應液冷卻到室溫，將反應器放置在冰塊中，向反應體系中加入1mL雙氧水。靜止2~3h，然后將混合物過濾，濾液離心(9500r/min約4h)分離，撇去上清液，用5%的鹽酸、去離子水和乙醇洗滌數次后，在真空中烘干得到氧化石墨。GNS的制備：取上述制備的氧化石墨0.1g分散在100mL去離子水中，超聲剝離3h，得棕黃色均一透明氧化石墨烯膠體。將獲得的溶液放入250mL三頸瓶中，加入0.36g硫代氨基脲(CH5N3S)，95℃水浴加熱，反應在弱酸性環境下進行，攪拌24h，反應結束后，滴加少量稀鹽酸抽濾、洗滌、烘干得石墨烯粉末。

　　1.3、樣品表征

　　采用日本RigakuMiniFlex型X射線粉末衍射儀(XRD，Cu-Ka，λ=0.15418nm)對樣品進行物相分析；JEOL公司的JSM-6700F型場發射掃描電鏡(FE-SEM)和VeecoInstruments公司的NanoscopeIIIa表征樣品的形貌和微觀結構；采用PerkinElmer公司的Lambda35對樣品的光學性質進行測試(范圍：200~800nm)。

　　1.4、電化學性能測試

　　石墨烯電極的制備：將制得的GNS樣品和粘結劑聚偏氟乙烯(PVDF)按質量比9：1混合研磨均勻后，加入適量溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)，調勻成漿后均勻涂覆于1cm×1cm的泡沫鎳上，將電極在60℃真空烘箱中處理8h。

　　采用三電極體系測試所得樣品的電化學性能，鉑片電極(1cm×1cm)，飽和甘汞電極(SCE)分別為對電極和參比電極，以3mol/L的KOH溶液為電解液。采用CHI660D電化學工作站測試樣品的循環伏安，恒流充放電曲線，和電化學阻抗譜(EIS)。循環伏安測試的電壓范圍為0~0.5V(vsSCE)，電化學阻抗譜測試是在開路電壓下，頻率范圍為：100kHz~0.01Hz，恒流充放電是在不同電流密度下進行數據采集，電壓范圍為0~0.46V(vsSCE)。

結論

　　以硫代氨基脲(CH5N3S)為還原劑，通過還原氧化石墨(GO)制備出了石墨烯納米片(GNS)。所制備的GNS具有良好的結晶狀態，厚度約為0.64nm，并且在水溶液中具有較好的分散性。制備GNS納米片在3mol/LKOH電解質溶液中的比電容量為75F/g。而且以硫代氨基脲(CH5N3S)為還原劑所制備的GNS納米片顯示出了良好的電化學循環穩定性。該制備方法簡單易行，所制備的石墨烯納米片有望應用于超級電容器電極材料。