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还原氧化石墨烯_过氧化聚吡咯膜负载氢氧化钴修饰电极检测过氧化氢_乔金丽

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氧化石墨烯的结构及应用

氧化石墨烯的结构及应用 2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈?海姆(Andre Geim)和康斯坦丁?诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)成功地从石墨中分离出一层碳原子构成的石墨烯,两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”,共同获得2010年诺贝尔物理学奖。自此,石墨烯由于其突出的导热性、室温高速载流子迁移率、透光性和力学性能等,同时具有完美的量子隧道效应、半整数的量子霍尔效应、从不消失的电导率等一系列性质,受到了世界各界的广泛关注,也成为科研领域的新兴宠儿。 氧化石墨烯是石墨粉末经化学氧化后的产物,它是一种性能优异的新型碳材料,具有较高的比表面积和表面丰富的官能团。氧化石墨烯复合材料包括聚合物类复合材料以及无机物类复合材料更是具有广泛的应用前景,因为成为研究的又一重点。 一、氧化石墨烯的分子结构 石墨被强氧化剂氧化,氧原子进入到石墨层间,结合л电子,使层面内的二键断裂,并以C=O,C-OH, -COOH等官能团与密实的碳网面中的碳原子结合,形成共价键型石墨层间化合物。氧化石墨烯的理想结构组成为C400H,也有文献报道其组成为C X+(OH)Y-(H20)2,其中C、H、O等各元素的含量随氧化程度不同而发生改变,一般范围为C7O4H2-C24O13H9,目前,普遍认为氧化石墨是一个准二维固体物质。氧化石墨烯由尺寸不定的未被氧化的芳香“岛”组成,而这些“岛”则被含有醇羟基、环氧基团和双键的六元脂环所分开,芳香环、双键和环氧基团使得碳原子点阵格式近乎处于同一平面,仅有连接到羟基基团的碳原子有较轻微的四面体构型畸变,导致了一些层面的卷翘。官能团处于碳原子点阵格子的上下,形成了不同密度的氧原子分布。 干燥的氧化石墨在空气中稳定性较差,很容易吸潮而变成水合氧化石墨,层间距也会随其含水量的高低而有所不同。随含水量的增加,层间距从0.6nm增加到1.1nm,从而导致X射线(100)衍射峰的位置的变化。 鉴于氧化石墨烯在石墨烯材料领域中的地位,许多科学家试图对氧化石墨烯的结构进行详细和准确的描述,以便有利于石墨烯材料的进一步研究,虽然已经利用了计算机模拟、拉曼光谱,核磁共振等手段对其结构进行分析,但由于种种原因(不同的制备方法,实验条件的差异以及不同的石墨来源对氧化石墨烯的结构都有一定的影响),氧化石墨烯的精确结构还无法得到确定。 二、氧化石墨烯的制备方法 氧化石墨烯的制备方法主要有Brodie、Staudenmaier和Hummers三种方法,它们都是用无机强质子酸(如浓硫酸、发烟硝酸或它们的混合物)处理原始石墨,将强酸小分子插入石墨层问,再用强氧化剂(如KMnO4、KC104等)对其进行氧化。 1、Brodie法 1898年Brodie采用发烟HNO3体系,以KC103为氧化剂,反应体系的温度需先维持在0℃,然后,不断搅拌反应20-24h。洗涤后获得的氧化石墨的氧化程度较低,需进行多次氧化处理以提高氧化程度,反应时间相对较长。该法的优点是其氧化程度可利用氧化时间进行控制,合成的氧化石墨结构比较规整。但因采用KC103作氧化剂,有一定的危险性。

氧化石墨烯的绿色还原方法

龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/cd433140.html, 氧化石墨烯的绿色还原方法 作者:肖祖萍 来源:《学校教育研究》2018年第14期 石墨烯是一种单原子层的碳二维纳米材料,它是由碳六元环组成的二维蜂窝状点阵结构,碳原子的排列与石墨原子层排列相同。地球上不缺少石墨材料,为制备石墨烯材料提供了充足的原材料。目前常用的石墨烯只要由两大类方法制备,一种是将石墨氧化为氧化石墨烯,再通过化学方法将氧化石墨烯还原为石墨烯。另一种是通过化学方法或某些操作将石墨直接转化为石墨烯。在本文主要研究第一种方法中的绿色还原方法。本文中的石墨烯都是由氧化石墨烯通过还原得到的。石墨烯是由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的碳单质,结构非常稳定。因为石墨烯的晶格结构,常会被误认为它很僵硬,但实际上却并非如此。例如,石墨烯作为目前已知的力学强度最高的材料,并有可能作为添加剂广泛应用于新型高强度复合材料之中;石墨烯良好的导电性及其对光的高透过性又让它在透明导电薄膜的应用中独具优势,而这类薄膜在液晶显示以及太阳能电池等领域的应用至关重要。 一、氧化石墨烯的制备 氧化石墨烯即石墨烯的氧化物,它是由石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物。氧化石墨烯一般由石墨经强酸氧化而得。主要有三种制备氧化石墨的方法:Brodie法、Staudenmaier法和Hummers法。其中Hummers法的制备过程的时效性相对较好而且制备过程中也比较安全。目前最常用的制取氧化石墨烯的方法是由一个修改过的Hummer方法制备的。 二、氧化石墨烯的还原 1.绿色还原法 随着社会的发展和人们都环境的关注,我们越来越需要研究一些绿色的还原方法。绿色的还原方法即在还原氧化石墨烯的过程中不使用有毒的还原剂或不产生对环境产生危害的物质。绿色还原法对环境不会有危害或危害几乎可以不计,并可以得到较好的石墨烯。但有些绿色还原法还存在无法大规模生产的弊端,无法在应用到工业生产中去。目前常见的绿色还原方法有水热热还原氧化石墨烯、电化学还原氧化石墨烯、柠檬酸钠还原氧化石墨烯法、超声辅助镍粉绿色还原制备石墨烯、氧化石墨热解膨胀氢气还原法等。下面我们对这几种绿色还原方法做一个介绍。 (1)水热热还原氧化石墨烯 水热热还原氧化石墨烯是指在密封的压力容器中,以水为溶剂,在高温、高压的条件下进行的化学反应。将氧化石墨烯溶解于溶剂中,在液相或超临界条件下,反应物分散且变得活

选择性还原氧化石墨烯

文章编号: 1007?8827(2014)01?0061?06 选择性还原氧化石墨烯 徐 超1, 员汝胜1, 汪 信2 (1.福州大学光催化研究所福建省重点实验室?国家重点实验室培育基地,福建福州350002; 2.南京理工大学教育部软化学与功能材料重点实验室,江苏南京210094) 摘 要: 还原氧化石墨烯已被广泛用于制备基于石墨烯的材料三目前,还原处理方法均是尽可能地将氧化石墨烯中的功能团去除,恢复石墨烯的电子结构三由于氧化石墨烯中氧基功能团(如羟基二羧基及环氧基)不同的反应活性,氧化石墨烯是可能通过分步的方法进行还原三利用醇溶剂如乙醇二乙二醇二丙三醇还原氧化石墨烯,并采用不同分析手段对样品进行表征三结果发现,在一定条件下这些醇可选择性地还原氧化石墨烯三经这些醇的处理后,氧化石墨烯中环氧功能团被大部分去除,而其他的功能团如羟基和羧基仍被保留三这种选择性去除氧化石墨烯表面功能团的方法可利于有效地控制氧化石墨烯的还原程度二获得具有特定功能团的石墨烯衍生物,从而扩大这类材料的使用范围三 关键词: 氧化石墨烯;氧化功能团;醇;选择性还原 基金项目:国家自然科学基金(21201036,21077023);福建省自然科学基金(2010J01035,2012J01039). 作者简介:徐 超,博士,讲师.E?mail:cxu@https://www.doczj.com/doc/cd433140.html, Selective reduction of graphene oxide XU Chao1, YUAN Ru?sheng1, WANG Xin2 (1.Research Institute of Photocatalysis,Fujian Provincial Key Laboratory of Photocatalysis??State Key Laboratory Breeding Base,Fuzhou University,Fuzhou350002,China; 2.Key Laboratory for Soft Chemistry and Functional Materials of Ministry Education,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing210094,China) Abstract: The reduction of graphene oxide has been widely used to control the properties of graphene?based materials.Traditional methods thoroughly remove oxygenated functional groups in graphene oxides.We show that ethanol,ethylene glycol and glycerol can se?lectively reduce epoxy groups in graphene oxide while hydroxyl and carboxyl groups remain unchanged.Hydrazine hydrate can reduce ox?ygen functional groups except carboxyl groups.These selective removals can be used to control the reduction degree of graphene oxides and their properties.The electrical conductivity of the reduced graphene oxides with different types of oxygen functional groups varied sig?nificantly and increased with the degree of reduction. Keywords: Graphene oxide;Oxygenated functional groups;Alcohols;Selective reduction CLC number: TQ127.1+1Document code: A Received date:2013?07?10; Revised date:2013?12?22 Corresponding author:XU Chao,Ph.D,Lecturer.E?mail:cxu@https://www.doczj.com/doc/cd433140.html, Foundation items:National Natural Science Foundation of China(21201036,21077023);Natural Science Foundation of Fujian Province (2010J01035,2012J01039). English edition available online ScienceDirect(http:∕∕https://www.doczj.com/doc/cd433140.html,∕science∕journal∕18725805). DOI:10.1016/S1872?5805(14)60126?8 1 Introduction Graphene oxide(GO),utilized as precursor for a large?scale production of graphene?based materials,has attracted a great deal of attention in recent years[1?5]. GO sheets are electrically insulating,owing to their oxygenated functional groups(hydroxyl,carboxyl and epoxy groups)on surface,which usually need further treatments to restore the electrical conductivity for spe?cific applications[6].A lot of methods,such as chemi?cal reduction[7?9],laser irradiation[10,11],microwave ir?radiation[12,13],photocatalysis[14,15],solvothermal re?duction[16,17],have been explored to remove these atta?ched groups thoroughly and to recover graphene net?works of sp2bonds. Actually,researchers recently have found that the reduction degree of graphene oxide or oxidation degree of graphene has certain influences on their properties,such as electrical conductivity,catalysis activity and semi?conductive band positions[18?20]. Among these research work,the reduction degree of  第29卷 第1期 2014年2月新 型 炭 材 料 NEW CARBON MATERIALS Vol.29 No.1 Feb.2014

氧化石墨烯的制备及表征

氧化石墨烯的制备及表征 文献综述 材料0802班 李琳 200822046

氧化石墨烯的制备及表征 李琳 摘要:石墨烯(又称单层石墨或二维石墨)是单原子厚度的二维碳原子晶体,被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元[1]。石墨烯可通过膨胀石墨经过超声剥离或球磨处理来制备[2,3],其片层厚度一般只能达到30~100 nm,难以得到单层石墨烯(约0.34 nm),并且不容易重复操作。所以寻求一种新的、容易和可以重复操作的实验方法是目前石墨烯研究的热点。而将石墨氧化变成氧化石墨,再在超声条件下容易得到单层的氧化石墨溶液,再通过化学还原获得,已成为石墨烯制备的有效途径[4]。通过述评氧化石墨及氧化石墨烯的制备、结构、改性及其与聚合物的复合,展望了石墨烯及其复合材料的研究前景。 关键词:氧化石墨烯,石墨烯,氧化石墨,制备,表征 Oxidation of graphite surfaces preparation and Characterization LI Lin Abstrat:Graphite surfaces (also called single graphite or 2 d graphite )is the single atoms thickness of the 2 d carbon atoms crystal, is considered fullerenes, carbon nanotubes and graphite basic structure unit [1].Graphite surfaces can through the expanded graphite after ultrasonic stripping or ball mill treatment topreparation [2,3], a piece of layer thickness normally only up to 30 to 100 nm, hard to get the single graphite surfaces (about 0.34 nm), and not easy to repeated operation. So to search a new, easy to operate and can be repeated the experiment method of the graphite surfaces is the focus of research. And will graphite oxidization into oxidation graphite, again in ultrasonic conditions to get the oxidation of the single graphite solution, again through chemical reduction get, has become an effective way of the preparation of graphite surfaces [4]. Through the review of graphite oxide and oxidation graphite surfaces of the preparation, structure, modification of polymer and the

氧化石墨烯渗透膜的制备及其性能研究

前言 本论文通过对氧化石墨烯进行真空抽滤,制备出了氧化石墨烯超滤分离膜。研究了在压力驱动下,不同厚度的氧化石墨烯分离膜对有机染料溶液的分离性能。本论文的主要研究内容如下: 第一章简单介绍了石墨烯,氧化石墨烯和氧化石墨烯分离膜的结构、特性、制备及其表征方法。 第二章比较详细地介绍了氧化石墨烯及其超滤分离膜的制备方法,还介绍了本课题中用到的对氧化石墨烯的表征方法。 第三章研究了不同厚度的氧化石墨烯分离膜对有机染料溶液,包括伊文思蓝溶液和罗丹明B溶液的分离性能。 第四章介绍了对本研究课题的总结与展望。

1.氧化石墨烯渗透膜概述 1.1石墨烯 1.1.1石墨烯的结构 2004年,University of Manchester的Andre Geim和Konstantin Novoselov 第一次分离出来石墨烯,其分离方式也十分简单,其把石墨薄片粘在胶带上面,把带有粘性一面的胶带对折,然后把它揭开,如此石墨薄片就被胶带分开了。不停地反复做这样一个过程,石墨薄片就会越来越薄,最后就可以获得一定量的石墨烯。自此之后,科学界对石墨烯的研究开始兴起,石墨烯也变成了众多学科研究的热点。 图1-1 二维石墨烯片层演变成C60、碳纳米管和石墨示意图[1] Fig.1-1 Chematic diagrams of 2D graphene sheets evolved into C60, carbon nanotubes and graphite [1] 如图1-1所示,石墨烯能够平行堆垛成3D的石墨,还能够卷曲成1D的纳米管,还能转变成0D的富勒烯球体。 图1-2石墨烯的三维结构图 Fig.1-2 The three-dimensional structure of graphene - 2 -

石墨烯薄膜的制备及性能分析_侯朝霞

第27卷第1期 2015年2月沈阳大学学报(自然科学版) J o u r n a l o f S h e n y a n g U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e)V o l.27,N o.1 F e b.2015 文章编号:2095-5456(2015)01-0012-06 石墨烯薄膜的制备及性能分析 侯朝霞,周银,李光彬,李思明,王美涵,胡小丹(沈阳大学机械工程学院,辽宁省新型功能材料与化学工艺重点实验室,辽宁沈阳110044) 摘要:采用改进的H u mm e r s法和超声剥离法制备的氧化石墨烯经旋涂和滴涂工艺制备成膜,再经一步还原获得石墨烯薄膜.研究了氧化石墨烯经一步和两步还原制备出石墨烯后再经旋涂成膜的工艺.同时研究了不同分散剂对石墨烯的分散效果,分析了不同还原工艺对石墨烯薄膜方电阻的影响,并采用金相显微镜和扫描电镜观察分析了石墨烯薄膜的微观形貌.结果表明:旋涂法制备的石墨烯薄膜更均匀二透光率更高; D M F对石墨烯具有良好的分散效果;两步还原得到的石墨烯薄膜的导电性能明显优于一步还原. 关键词:石墨烯;薄膜;制备;旋涂;方电阻 中图分类号:T Q127.1+1文献标志码:A 石墨烯是由碳的单原子层构成的二维蜂窝状网格结构[1].同时它也是构成其他碳的同素异形体的基本单元,它可以折叠成零维的富勒烯,卷曲成一维的碳纳米管,堆垛成三维的石墨[2].自2004年被发现以来,石墨烯已被冠以多个美名: 未来之材料 电子高速公路 等.2010年在石墨烯的两位发现者盖姆和诺沃肖洛夫获得诺贝尔物理学奖后,学术界掀起了新一轮的石墨烯研究热潮,重大成果不断涌现. 由于具有优异的导电二透光性和高比表面积,石墨烯在太阳能电池中可以作为透明电极窗口层材料.对于传统透明导电材料, 透明 表明材料的能隙大(E g>3e V),且自由电子少,但 导电 又往往表明自由电子多,类似金属而不透明.只有同时满足这两个条件的材料才能用作透明导电薄膜,这在理论和技术上是一对矛盾.以氧化铟锡(I T O)和掺氟氧化锡(F T O)为代表的薄膜材料虽然能够较好地协调上述矛盾,因其高的电导率和光透射率已被广泛用在太阳能电池的电极材料中[34],但却存在着诸多无法克服的缺点.例如,制备I T O大量使用稀有元素,成本高.I T O的脆性影响其使用寿命二对聚合物中离子扩散过于敏感等.人们急需要寻找一种易得的材料来替代这种稀少的材料,石墨烯具有良好的透光性和导电性,有潜力成为铟锡氧化物(I T O)的替代材料. W a n g等[5]利用热膨胀石墨氧化物为原料进行热还原后得到的石墨烯可制作成透明导电膜,其在染料敏化太阳电池中的应用,取得了非常好的效果.制备出的石墨烯的厚度在10n m左右,电导率为550S四c m-1,在1000~3000n m的波长范围内透光率达70%.B e c e r r i l等[6]把石墨烯氧化物旋涂到石英表面进行热还原后,电导率为100S四c m-1,并且在400~1800n m波长范围内透光率可以达到80%,显示出该材料在太阳能电池领域有很大的应用前景. 虽然目前在石墨烯透明导电薄膜的结构二性能二制备等方面已经取得了很多的成果,但是很明显石墨烯透明导电薄膜实现产业化还需要做更多的研究和努力,以充分发掘石墨烯透明导电薄膜的潜力. 1试验 1.1样品制备 1.1.1原料及试剂 石墨粉(含碳质量分数大于98%,购于天津市瑞金特化学品有限公司),硝酸钠(N a N O3),高锰酸钾(KM n O4),98%硫酸(H2S O4),30%过氧化氢(H2O2),36%盐酸(H C l),均为分析纯.还原剂水合肼(N2H4四H2O)二氢碘酸(H I)二维生素C DOI:10.16103/https://www.doczj.com/doc/cd433140.html,ki.21-1583/n.2015.01.003 网络出版时间:2015-03-23 16:59 网络出版地址:https://www.doczj.com/doc/cd433140.html,/kcms/detail/21.1583.N.20150323.1659.003.html 收稿日期:20141114 基金项目:国家自然科学基金资助项目(51472166);辽宁省优秀人才支持计划项目(U Q2011125).作者简介:侯朝霞(1971),女,山东高密人,沈阳大学教授,博士.

还原氧化石墨烯横向尺寸分布影响因素初探_张天友

还原氧化石墨烯横向尺寸分布影响因素初探* 张天友,张东 (同济大学材料科学与工程学院,上海200092) 摘要:化学还原剥离氧化石墨法制备的还原氧化石墨烯具有诸多优异性能,但所得还原氧化石墨烯横向尺度差异较大。利用化学还原法制备了还原氧化石墨烯,基于还原氧化石墨烯的AFM观测结果,初步统计分析了静置、磁力搅拌、离心和超声处理及它们的次序对还原氧化石墨烯横向尺寸分布的影响,结果表明后述3个步骤及次序是影响斑点状(横向尺寸< 100nm@100nm)和树叶状(横向尺寸>500nm@ 500nm)还原氧化石墨烯横向尺寸分布的主要因素。 关键词:化学法;还原氧化石墨烯;磁力搅拌;超声处理;离心处理 中图分类号:TQ127.1文献标识码:A 文章编号:1001-9731(2009)10-1695-04 1引言 石墨烯是由碳原子构成的二维晶体,碳原子的排列方式与石墨中单原子层一致;该新型二维碳材料具有诸多优异的性能,自2004年被发现以来引起了研究人员的广泛关注[1,2]。目前常用的制备方法包括:微机械剥离法[3]、外延生长法[4]和化学法[5,6]。其中化学法的生产成本相对低廉,且可实现大量生产,成为目前研究的热点之一。该方法的基本思路是,在一定条件下剥离分散在某些极性介质氧化石墨为氧化石墨烯(gr aphene ox ide[7],GO),再经化学还原处理得到还原氧化石墨烯(reduced gr aphene oxide[8],RGO)。近期的研究结果表明,化学制备的RGO是一种p型半导体材料[9,10],使得RGO不仅可以用作纳米复合材料的增强相[2],而且有望用作纳米电子器件的原料[1,9,10]。但是由化学法生产的还原氧化石墨烯横向尺度差异较大,从几十纳米到数千纳米[5,7]。Ritter等人[11]的研究表明石墨烯形貌影响其能带结构,进而影响石墨烯在纳米电子器件领域中的应用,所以需对化学法制备的还原氧化石墨烯进行分离,以满足不同的应用需求。因此,对RGO横向尺寸影响因素的探讨,有助于缩小RGO横向尺寸分布方法的发现。本文利用化学法制备RGO,研究了静置、磁力搅拌、超声、离心处理以及它们的次序对RGO横向尺寸分布的影响。2实验 2.1主要试剂 浓硫酸(98%,CR),盐酸(AR),双氧水30% (AR),高锰酸钾(AR),鳞石墨(500目),水合肼85% (CR)。 2.2主要仪器 超声波细胞粉碎机(KS-600),台式低速离心机(80-2),电热恒温水浴锅(DK-S22)。 RGO的制备过程主要包括4个部分:(1)配制氧化石墨和去离子水的混合液(150ml,1mg/ml),并在磁力搅拌和静置处理不同阶段取样,得到样品?、ò和ó(图1);(2)制备GO溶胶,调整离心(10min,4000r/ min)和超声(10min)处理次序,得到样品A,B和C(图2);(3)以水合肼为还原剂在一定温度下还原所得GO 溶胶,得到样品A.、B.和C.(图3);(4)制备对比样品D.(图4)。实验所用氧化石墨由改进后的H umm er s 法[12] 制得。 图1样品?、ò、ó的制备流程图 Fig1The flow char t of preparing sample?,ò, ó 图2样品A、B、C的制备流程图 Fig2T he flow chart of preparing sample A,B, C 图3样品A.、B.、C.的制备流程图 Fig3The flo w chart of preparing sample A.,B.,C. *基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2009A A05Z419);教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET-07-0626);上海市/科技创新行动计划0国际合作资助项目(0816*******) 收到初稿日期:2009-03-30收到修改稿日期:2009-08-03通讯作者:张东 作者简介:张天友(1981-),男,山东聊城人,在读博士,师承张东教授,从事纳米材料研究。

石墨烯氧化还原法

四:石墨烯的氧化还原法制备及结构表征 摘要:采用改进的 Hummers 法对天然鳞片石墨进行氧化处理制备氧化石墨,经超声分散,然后在水合肼的作用下加热还原制备了在水相条件下稳定分散的石墨烯。用红外光谱、拉曼光谱、扫描探针显微镜和ζ电位仪对样品进行了结构、谱学、形貌和ζ电位分析。结果表明,石墨被氧化后形成以 C=O、C-OH、-COOH 和 C-O-C 等官能团形式的共价键型石墨层间化合物;还原氧化石墨后形成的石墨烯表面的官能团与石墨的相似;氧化石墨烯和石墨烯在碱性条件下可形成稳定的悬浮液;氧化石墨烯和石墨烯薄片厚度为 1.0 nm 左右。考察并讨论了还原过程中水合肼用量,体系反应温度、反应时间和 pH 值对石墨烯还原程度和稳定性的影响,水合肼用量和反应时间是影响石墨烯还原程度的主要因素;pH 值对石墨烯稳定性影响较大。 实验部分 1.1原料:天然鳞片石墨(~74 μm);高锰酸钾,浓硫酸,水合肼 (50%),均为化学纯,市售;5% H2O2溶液,0.05mol · L-1HCl 溶液,体系的 pH 值用 0.1mol · L-1NaOH溶液调节。 1.2制备 氧化石墨制备:将 10 g 石墨、230 mL 98%浓硫酸混合置于冰浴中,搅拌 30 min,使其充分混合,称取 40 g KMnO4加入上述混合液继续搅拌 1 h 后,移入 40 ℃中温水浴中继续搅拌 30 min;用蒸馏水将反应液(控制温度在 100 ℃以下)稀释至 800~1 000mL 后加适量 5% H2O2,趁热过滤,用 5% HCl 和蒸馏水充分洗涤至接近中性,最后过滤、洗涤,在 60℃下烘干,得到氧化石墨样品。石墨烯制备:称取上述氧化石墨 0.05 g,加入到100 mL pH=11 的 NaOH 溶液中;在 150 W 下超声90 min 制备氧化石墨烯分散液;在 4000 r· min-1下离心 3 min 除去极少量未剥离的氧化石墨;向离心

氧化还原法制备石墨烯的方法概述

(2) (2) Abstract (2) Key words (2) I (3) (3) 2.1 GO (4) 2.1.1Brodie (5) 2.1.2 Staudenmaier (6) 2.1.3 Hummers (6) 2.2 GO (6) 2.2.1 (6) 2.2.2 (7) 2.2.3 . (7) 2.2.4 (7) (9) (10) (13)

, The Summarize of oxidation-reduction method for graphene Shaoqing Ma , Zhongai Hu (Northwest normal university, chemical engineering college, lanzhou, 730070) Abstract : In recent years, graphene with its unique structure and the outstanding performance, caused wide interests in the chemical, physical and material fields. People have made positive progress in the preparation of graphene,and have provided raw material guarantee for graphene of basic research and application development. This paper largely applied the latest references in recent years , reviewed the legal system with oxidation-reduction method for graphene and presented the development prospects. Key words : graphite oxide, graphene, oxidation-reduction method I

还原氧化石墨烯横向尺寸分布影响因素初探

还原氧化石墨烯横向尺寸分布影响因素初探3 张天友,张 东 (同济大学材料科学与工程学院,上海200092) 摘 要: 化学还原剥离氧化石墨法制备的还原氧化石墨烯具有诸多优异性能,但所得还原氧化石墨烯横向尺度差异较大。利用化学还原法制备了还原氧化石墨烯,基于还原氧化石墨烯的A FM观测结果,初步统计分析了静置、磁力搅拌、离心和超声处理及它们的次序对还原氧化石墨烯横向尺寸分布的影响,结果表明后述3个步骤及次序是影响斑点状(横向尺寸< 100nm×100nm)和树叶状(横向尺寸>500nm×500nm)还原氧化石墨烯横向尺寸分布的主要因素。 关键词: 化学法;还原氧化石墨烯;磁力搅拌;超声处理;离心处理 中图分类号: TQ127.1文献标识码:A 文章编号:100129731(2009)1021695204 1 引 言 石墨烯是由碳原子构成的二维晶体,碳原子的排列方式与石墨中单原子层一致;该新型二维碳材料具有诸多优异的性能,自2004年被发现以来引起了研究人员的广泛关注[1,2]。目前常用的制备方法包括:微机械剥离法[3]、外延生长法[4]和化学法[5,6]。其中化学法的生产成本相对低廉,且可实现大量生产,成为目前研究的热点之一。该方法的基本思路是,在一定条件下剥离分散在某些极性介质氧化石墨为氧化石墨烯(grap hene oxide[7],GO),再经化学还原处理得到还原氧化石墨烯(reduced grap hene oxide[8],R GO)。近期的研究结果表明,化学制备的R GO是一种p型半导体材料[9,10],使得R GO不仅可以用作纳米复合材料的增强相[2],而且有望用作纳米电子器件的原料[1,9,10]。但是由化学法生产的还原氧化石墨烯横向尺度差异较大,从几十纳米到数千纳米[5,7]。Ritter等人[11]的研究表明石墨烯形貌影响其能带结构,进而影响石墨烯在纳米电子器件领域中的应用,所以需对化学法制备的还原氧化石墨烯进行分离,以满足不同的应用需求。因此,对R GO横向尺寸影响因素的探讨,有助于缩小R GO横向尺寸分布方法的发现。本文利用化学法制备R GO,研究了静置、磁力搅拌、超声、离心处理以及它们的次序对R GO横向尺寸分布的影响。2 实 验 2.1 主要试剂 浓硫酸(98%,CR),盐酸(A R),双氧水30% (AR),高锰酸钾(A R),鳞石墨(500目),水合肼85% (CR)。 2.2 主要仪器 超声波细胞粉碎机(KS2600),台式低速离心机(8022),电热恒温水浴锅(D K2S22)。 R GO的制备过程主要包括4个部分:(1)配制氧化石墨和去离子水的混合液(150ml,1mg/ml),并在磁力搅拌和静置处理不同阶段取样,得到样品Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ(图1);(2)制备GO溶胶,调整离心(10min,4000r/ min)和超声(10min)处理次序,得到样品A,B和C(图2);(3)以水合肼为还原剂在一定温度下还原所得GO 溶胶,得到样品A’、B’和C’(图3);(4)制备对比样品D’(图4)。实验所用氧化石墨由改进后的Hummers 法[12]制得 。 图1 样品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的制备流程图 Fig1The flow chart of p reparing sampleⅠ,Ⅱ, Ⅲ 图2 样品A、B、C的制备流程图 Fig2The flow chart of preparing sample A,B, C 图3 样品A’、B’、C’的制备流程图 Fig3The flow chart of preparing sample A’,B’,C’ 3基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2009AA05Z419);教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET20720626);上海市“科技创新行动计划”国际合作资助项目(0816*******) 收到初稿日期:2009203230收到修改稿日期:2009208203通讯作者:张 东 作者简介:张天友 (1981-),男,山东聊城人,在读博士,师承张东教授,从事纳米材料研究。

氧化石墨烯

氧化石墨烯在热还原中的非常规红外吸收机理 高分子科学与工程一班 3008208022 裴庆丽在固体中,原子和分子的振动红外吸收会通过非绝热的相互作用被电子作用所影响,如Fano效应。通常情况下,红外吸收的谱线形状被修改,或者红外禁止模是可以作为电子吸收调制被探测到的。与这种已知现象相反,在还原的氧化石墨烯中观察到巨大的红外吸收带,这来源于一种尚未被报告的结构的不对称延伸构型的电子态耦合,该结构含有聚集在缺陷边界的氧原子。自由电子被氧原子移动所诱导(感应),产生了一个强烈的红外吸收,它与声子模式同相。当所有的含氧化学物质,包括羟基,羧基,环氧和酮官能团,从洁净石墨烯补丁的相邻边界区域除去时,这种新的现象才是唯一可能的。 石墨烯,带有sp2-杂化蜂窝状二维炭晶格,由共轭六角形晶胞组成,由于其维数和独特的电子能带结构,石墨烯显示出特别的性能。石墨烯是带有线性色散的半金属碳材料,因为它的载流子表现为狄拉克费米子(零有效质量),这抑制了载流子反向反射。因此,有趣的物理性能已得到证明,比如高的本征载流子迁移率(3,000and-200,000cm2 V-1s-1),在亚微米尺度上的室温弹道输运,并带有大的平均自由行程,增强的库仑相互作用,弱本地化抑制和绝热玻恩-奥本海默近似偏差抑制。 实际设备使用的石墨烯取决于制造有限尺寸结构和控制化学稳定的边界形成的能力,因此非常需要了解一系列石墨烯材料的化学和物理性质。石墨烯氧化(或者甚至水合)是众所周知的去除费米能级状态的例子,从而生成一种绝缘体。因此预测附着在石墨烯上,任何形式(环氧基,羟基,羧基和酮式功能组)的氧,都会在基面和边界上降低费米能级的电子态,即导电性,如实验所示。石墨烯的确是一种良好的绝缘体,它在还原时只部分恢复弱的导电性。即使在高温热处理(800-1,100℃)后,会有一些残余氧(约8-10%)留在部分还原的单层氧化石墨烯中,此氧化石墨烯含有接近20%的sp3-杂化碳原子。因此,部分还原的氧化石墨烯不可能存在任何可测量的性质,包括自由电子。 我们在这里报告观察到一个意外强烈的红外吸收峰,它仅在氧化石墨烯还原时出现。该光谱归属于一个以前未报告的氧化物结构的特定模式(不对称的 C-O-C延伸),其中包含处于还原的氧化石墨烯(即清洁石墨烯区域)缺陷区域

氧化还原法制备石墨烯

创新实验课报告 题目:石墨烯的制备 专业…………………学生……… 学号……………指导教师……… 日期2014.05.09 哈尔滨工业大学

目录 1.绪论 (3) 1.1纳米技术概述 (3) 1.2碳纳米结构概述 (3) 1.3石墨烯的结构 (4) 1.4石墨烯的性能简介 (4) 2.实验目的及意义 (7) 3. 实验方案与实验步骤 (8) 3.1氧化还原法制备石墨烯概述 (8) 3.2 实验设备和实验试剂 (9) 3.3 制备氧化石墨烯 (10) 3.4 制备石墨烯 (11) 3.5 实验操作注意事项 (13) 4. 实验结果和分析 (15) 4.1 石墨烯的SEM分析 (15) 4.2 石墨烯的IR分析 (16) 4.2 石墨烯的Raman分析 (16) 5. 课程体会与建议 (18)

1.绪论 1.1纳米技术概述 纳米技术被称为第四世界的难题和21世纪的化学难题。纳米技术的重要意义在于,其技术应用尺度在0.1nm数量级至10nm数量级间,这属于量子尺度和静电尺度的模糊边界。从而导致纳米材料具有很特殊的性质,这种特殊性比较全面的表现在材料的物理性质和化学性质的各个方面。例如表面效应,在进行纳米尺度堆垛时,表面原子所占的比例越大的情况下堆垛体的直径越小。 1.2碳纳米结构概述 在石墨烯被发现后,碳纳米结构形成了一个从零维到三维的完整的体系。包括富勒烯,碳纳米管和石墨烯。 1.2.1 富勒烯 富勒烯即为,是第三种形式的单质碳。富勒烯这一名字来源于一次世博会上类 似的结构,在英文中也被称为Bucky Ball。在富勒烯被发现的过程中,有很多有趣的设想和实验。如Kroto设想红巨星附近的碳长链分子是一种碳团聚。Rice大学利用TOF-MS (飞行时间质谱仪)发现了峰。1985年《Science》上一篇文章的发表表明富勒烯的发现,但更伟大的意义在于这一事件标志着纳米技术的开端。 富勒烯由12个五边形和20个六边形构成,满足“定点数+面数-棱数=2”,D=0.7nm。这是一种完美的对称结构,在科研上具有很大的价值。例如富勒烯是一个可装入金属离子的绝缘体,有开发吵到材料的潜力,这也是笼中化学的范畴。但是富勒烯由于难以大量生产,实际应用的意义收到了很大限制。 1.2.2 碳纳米管 碳纳米管在1991年的时候由日本名城大学的S.Iijima发现,93年的时候,单壁碳纳米管被制备出来。碳纳米管是一种一维结构,在一维方向上具有非常高的强度和韧性,可以作为一种“超级纤维”使用。同时可以功能化为公家碳纳米管和非共价碳纳米管。 1.2.3 石墨烯 石墨烯狭义上指单层石墨,厚度为0.335nm,仅有一层碳原子,但实际上10层以内的石墨结构也可称作石墨烯。而10层以上的则被称为石墨薄膜。在石墨烯发现前,科学界已经有无法制备出石墨烯的结论。从传统的物理学来讲,越薄的材料越易气化;朗道物理学中的观点是:在有限温度下,任何二维晶格体系都不能稳定存在。也就是说除非绝对零度,石墨烯不会存在,然而绝对零度是不可能达到的,也就是说无法得到稳定存在的石墨烯。即使这样,依旧有科学家不断尝试制备出石墨烯:在99年的时候,

肖临骏:氧化还原法制备石墨烯工艺详解

氧化还原法制备石墨烯 氧化-还原法是指将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨(GO),经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨),加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团,如羧基、环氧基和羟基,得到石墨烯。 氧化还原法制备石墨烯优缺点 氧化-还原法被提出后,以其简单易行的工艺成为实验室制备石墨烯的最简便的方法,得到广大石墨烯研究者的青睐。氧化-还原法可以制备稳定的石墨烯悬浮液,解决了石墨烯难以分散在溶剂中的问题。 氧化-还原法的缺点是宏量制备容易带来废液污染和制备的石墨烯存在一定的缺陷,例如,五元环、七元环等拓扑缺陷或存在-OH基团的结构缺陷,这些将导致石墨烯部分电学性能的损失,使石墨烯的应用受到限制。 氧化还原制备石墨烯分为三步,氧化、剥离、还原,如图1,图2. 图1 氧化还原制备石墨烯流程 图2 氧化还原制备石墨烯流程 1 氧化 氧化石墨的方法主要有三种:第一种是Hummers法,第二种是Brodietz法[2],第三种是Staudenmaier法,他们首先均是用无机强质子酸例如浓H2SO4、发烟HNO3或者它们的混合物处理原始的石墨粉原料,使得强酸小分子进入到石墨层间,而后用强氧化剂(如高锰酸钾、KClO4等)氧化。 三种方法相比,Staudemaier法得到的氧化石墨的层结构受到严重破坏,原因是采用浓H2SO4和发烟HNO3混合酸处理了石墨,Hummers法具有很高的安全性,且可得到带有褶皱的氧化石墨的片层结构,并含有丰富的含氧官能团,在水溶液中分散性很好,对于此方法,许多研究人员也做了很大的改善。目前为止,常用来制备氧化石墨烯的一种方法就是采用改进的Hummers法。 这里以其中的一种改进的Hummers法为例,来说明氧化石墨在制备过程中各项参数对产物的影响。 氧化石墨制备工艺流程 (1)提高氧化剂/石墨的质量比,或在高氧化剂/石墨质量比条件下,延长反应时间或提高反应温度均有利于GO氧化程度的增加。

石墨烯与氧化石墨烯的基本结构与性质

石墨烯与氧化石墨烯的基本结构与性质 关键词:石墨环氧基化合物标准品 ATCC 北京标准物质网标物网石墨烯具有平面六边形点阵结构[如图 1(a)所示],每个碳原子有 4 个价电子, 其中 3 个电子(2s 电子、2p x电子及 2p y 电子)形成平面的 sp 2 杂化轨道, 剩余的一个轨道电子形成离域大π键, 电子可以在平面内自由移动. 这种特殊的结构赋予了石墨烯卓越的电学、力学、光学和热学等物理性质. 石墨烯具有量子霍尔效应、隧穿效应、双极性电场效应和高热导率. 电子在石墨烯内传递时不易产生散射, 室温下最大迁移率可达到 2×10 5cm 2 /(V?s), 理想石墨烯电导率可达 1×10 6 S/cm 以上. 石墨烯的杨氏模量可达到 1100 GPa, 对可见光有97.7%的透过率, 比表面积可达 2630 m 2 /g.与石墨烯相比, 氧化石墨烯的元素组成并不固定.普遍认为氧化石墨烯存在羟基(-OH)、环氧基[-C(O)C-]、羰基(-C=O)、羧基(-COOH)、酯基(-COO-)等含氧官能团 , 典型的结构如图 1(b). 由于官能团的存在, 氧化石墨烯的厚度可达到(1.1±0.2) nm , 远高于石墨烯的0.3354 nm. 同时, 氧石墨烯的共轭结构遭到了破坏, 不再具备导电性, 力学性能大幅降低. 但是可以通过化学还原或热还原等手段, 恢复其部分共轭结构从而提高性能,例如,Suk 等利用化学还原和热还原结合得到的还原氧化石墨烯电导率为2.02×104S/m,Gómez-Navarro 等测得化学还原的氧化石墨烯模量为0.25 TPa, 与氧化石墨烯差别不大.

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