氧化石墨烯剥离方法的研究进展

用石墨制备氧化石墨是大规模合成石墨烯的起点,也是实现石墨烯大量制备的有效方法之一。目前。制备氧化石墨的工艺相对成熟,而有效剥离出不同尺寸的石墨烯以满足不同的需求,还存在诸多技术难点需要突破。本文着重介绍了氧化石墨烯剥离方法的研究进展,包括热膨胀剥离、超声剥离、机械剥离、静电剥离、低温剥离等方法;最后展望了氧化石墨烯研究工作的发展前景。     

石墨烯的氧化还原法制备与表征

采用Hummers法,在浓硫酸、高锰酸钾等氧化剂存在条件下,将石墨粉氧化制备成氧化石墨烯,将氧化石墨溶解于水中,然后用水合肼还原氧化石墨烯后制备得到石墨烯,同时,采用红外光谱、紫外光谱、透射电镜等手段对得到的氧化石墨烯和石墨烯进行了表征。结果表明:制备得到了氧化石墨烯和石墨烯,且二者已经充分剥离。     

石墨剥离制备石墨烯的研究进展

石墨烯是一种具有二维平面结构的碳纳米材料,特殊的结构决定了它具有许多优异的物化性能。近年来,人们在以石墨为原料制备石墨烯方面取得了积极的进展,为石墨烯的基础研究和下游应用开发提供了原料保障。以石墨为原料制备石墨烯是最为经济简单的方法。本文对近3年来以石墨为原料制备石墨烯的6种方法(化学氧化-还原法、溶剂热法、液相剥离法、电化学剥离法、球磨法以及超临界流体剥离法)作了综述并讨论了各方法的优缺点。     

N-甲基吡咯烷酮与正丁醇液相剥离制备高浓度石墨烯

采用N-甲基吡咯烷酮(NMP)与正丁醇(NBA)二元溶剂体系液相剥离法制备石墨烯,探究高浓度、高质量石墨烯的制备条件,通过比较不同体积比溶剂对石墨的剥离效果,得出最佳剥离体积比为V(NMP)∶V(NBA)=1. 5∶1。通过正交试验得到初始石墨质量浓度对剥离后石墨烯的浓度影响最大,超声功率、时间、温度次之。结果表明,初始石墨质量浓度为10 mg/mL时,制备的石墨烯80%以上为少层石墨烯,结构完整,片层大小最大可达到3~4μm,石墨烯溶液质量浓度最高达到7. 2 mg/mL。该体系制备的石墨烯产率与片层大小比以往文献的报道均有大幅度提高。     

低温氧化石墨制备技术研究

采用Hummers法、硫酸/磷酸法和反应釜法3种化学氧化法制备氧化石墨,在超声情况下,将氧化石墨分散于水中制备氧化石墨烯。采用X衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对所得氧化石墨、氧化石墨烯分别进行表征。并对制备氧化石墨的3种化学氧化过程进行对比分析,结果表明,Hummers法在高温阶段有红色刺激性气体放出,且发生喷溅现象。硫酸/磷酸法和反应釜法是在低温条件下进行,制备过程比Hummers法安全、环保。氧化石墨XRD结果表明,3种化学氧化法中氧化程度最好的是硫酸/磷酸法,其次是反应釜法,最后是Hummers法。氧化石墨烯SEM结果表明,氧化石墨经超声处理后剥离成为氧化石墨烯纳米片。     

低温氧化石墨制备技术研究

采用Hummers法、硫酸/磷酸法和反应釜法3种化学氧化法制备氧化石墨,在超声情况下,将氧化石墨分散于水中制备氧化石墨烯。采用X衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对所得氧化石墨、氧化石墨烯分别进行表征。并对制备氧化石墨的3种化学氧化过程进行对比分析,结果表明,Hummers法在高温阶段有红色刺激性气体放出,且发生喷溅现象。硫酸/磷酸法和反应釜法是在低温条件下进行,制备过程比Hummers法安全、环保。氧化石墨XRD结果表明,3种化学氧化法中氧化程度最好的是硫酸/磷酸法,其次是反应釜法,最后是Hummers法。氧化石墨烯SEM结果表明,氧化石墨经超声处理后剥离成为氧化石墨烯纳米片。     

石墨烯/聚氨酯复合涂层的制备与性能研究

采用石墨为原料,以Hummers法制备了氧化石墨,再经过超声剥离获得氧化石墨烯(Y-1),然后用半封端的聚氨酯改性Y-1,得到改性氧化石墨烯(Y-2),通过水合肼还原Y-1,得到石墨烯(G-1)。用红外光谱仪、X射线衍射仪、粒度仪、拉曼光谱仪、透射电镜、扫描电镜等考察了所制石墨烯的结构和性能。将它们分别作为填料与水性聚氨酯制备了光固化的石墨烯/聚氨酯复合涂层。利用光学接触角仪、电子拉力机、热重分析仪、导热仪等研究了不同填料对涂层水接触角、力学性能、热稳定性和导热性能的影响,并用扫描电镜观察了涂层的形貌。结果表明:相比由石墨作填料制备的涂层,所制填料均增强了涂层的导热性、热稳定性、拉伸强度和断裂伸长率,水接触角增大,尤以G-1提升效果最明显。     

石墨烯抗静电聚氨酯充填材料的制备及性能研究

采用Hummers法制备出氧化石墨,再利用超声剥离和热还原方法制备了氧化石墨烯,后经冷冻干燥得到石墨烯粉末,并将其做为抗静电剂研究了石墨烯对聚氨酯材料抗静电性能的影响。结果表明,石墨烯为薄层、透明、非晶态结构;随着石墨烯添加量的增加,材料的电阻率降低,当石墨烯添加量为1 %(质量分数,下同)时,材料的电阻率低于1010 Ω·cm;石墨烯的加入,一定程度上提高了聚氨酯材料的压缩强度。     

石墨烯的制备与表征

采用液相氧化法制备了氧化石墨,并通过水合肼还原氧化石墨制备了石墨烯。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(RS)、X-射线衍射(XRD)、热失重法(TG)等测试方法对石墨、氧化石墨和石墨烯的结构与耐热性进行了对比分析。研究结果表明,氧化石墨被水合肼还原成石墨烯后,氧化石墨的一部分sp3杂化碳原子被还原成石墨的sp2杂化碳原子,石墨烯sp2杂化碳层平面的平均尺寸比氧化石墨大,但结晶强度和规整度比石墨有所降低。在本实验条件下,氧化石墨的还原状态结构不可能被完全恢复到原有的石墨状态,也就是说石墨烯的结构和石墨结构还是有差别的。热分析结果表明,石墨烯具有比氧化石墨更为优异的热稳定性。     

氧化石墨烯的制备与表征

本文采用改良的Hummers法制备了氧化石墨,经过超声剥离得到单分散的氧化石墨烯,以硼氢化钠为还原剂还原为石墨烯。采用元素分析方法测定其氧化程度,X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)等手段分析石墨烯的结构、表面官能团、热稳定性和表面微观形貌等。从红外分析结果上可看出,氧化石墨片层上存在大量的含氧官能团如羟基、羧基、羰基、环氧基等,这些极性官能团的存在使得氧化石墨具有很好的亲水性能。