北极星

搜索历史清空

  • 水处理
您的位置:电力电力新闻储能储能材料市场正文

氧化还原法制备石墨烯工艺详解

2016-10-25 10:41来源:烯碳资讯关键词:石墨烯石墨烯制备氧化石墨烯收藏点赞

投稿

我要投稿

机理解释

通过调节氧化剂/石墨的质量比,可有效的控制石墨的氧化程度和深度,进而可观察到表面基团的形成过程。

采用改进的Hummers法制备GO过程中,氧化反应首先发生在石墨的边缘和缺陷处生成羟基,紧接着边缘羟基会进一步氧化生成碳基。同时,基面上的碳原子被氧化生成羟基,而相邻的羟基会在此强酸环境中会立即发生脱水缩合生成环氧基。

随着氧化的进行,边缘的羧基数量进一步的增加,直到边缘完全被氧化达到饱和。当氧化剂的用量增加到临界值以上时,酮和醛基会被氧化生成羧基,而醌基则保持不变。当所有的酮和醛基被氧化成羧基后,羧基的量也达到饱和,保持不变。

在高氧化剂/石墨质量比的条件下制备GO时,随着反应时间的增加,GO的氧化程度会增加,直到达到饱和。而在低氧化剂/石墨质量比条件下,随着反应时间的增加,氧化剂逐渐消耗,石墨逐渐被氧化生成G0,氧化程度增加。但当氧化剂被消耗完全或浓度很低时,在强酸条件下,生成的GO表面的含氧基团又逐渐被还原。

2剥离

作为氧化还原法制备石墨烯的前驱物,GO必须可以均匀的分散在溶剂中,且可通过搅拌或者超声的方法剥离为单层的氧化石墨烯

GO的剥离主要有两种方法:热解膨胀剥离和超声波分散。

(a)热解膨胀剥离

GO经过热处理,片层表面的-0-和-0H基团分解生成二氧化碳(C02)和水蒸气(H20),当产生气体的速率大于其释放的速率时所产生的层间压力可超过GO层与层之间的作用力,使得GO层与层膨胀,从而剥离成氧化石墨烯。

(b)超声分散

GO水分散液在超声波辐射下,液体流动产生的微小气泡在超声波纵向传播时形成的负压区下形成并且长大,在其形成的正压区下闭合。而气泡迅速闭合形成的超过1000个大气压的瞬间高压连续不断的冲击GO使得GO层与层剥离而形成氧化石墨烯片。

3还原

石墨烯氧化物中的含氧官能团破坏了石墨烯的共轭π键和结构,使其导电性能大幅度下降而转变为绝缘体。为了恢复石墨烯良好的导电性,需要除去石墨烯氧化物的含氧官能团,修补缺陷,恢复其共轭结构,以得到完美的石墨烯。

氧化石墨烯的还原方式主要分为以下几类:

第一类,使用化学还原剂直接还原氧化石墨烯; 在还原剂方面,常用的有水合肼、硼氢化钠、氢气、氨气、维生素C、氢氧化钾、氧化钠、二甲基肼、对苯二盼、氢碘酸、苯胼等,他们可有效地去除碳原子层间的含氧官能团,将石墨烯氧化物还原为石墨烯。

第二类,是固相热还原,即将GO在惰性气氛下放入加热炉中,短时间内加热到1000°C以上,通过GO表面上的官能团分解释放出C02和H2O将层间距撑开 ,同时达到还原GO和剥离成单层石墨烯的目的,得到的产物是固相石墨烯。在该过程中,绝大多数含氧基团已经除去,并且C=C得到恢复,但是拉曼分析缺陷仍然存在,该方法得到的石墨烯较难分散入大多数极性或非极性溶剂,限制了其可处理性和与其他聚合物或无机材料等的相容性及分散性,不利于进一步的应用。

原标题:氧化还原法制备石墨烯工艺详解
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。

凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。

石墨烯查看更多>石墨烯制备查看更多>氧化石墨烯查看更多>