氧化石墨烯的制备及研究

氧化石墨烯的制备及研究
李兵;金东强;卲晶;乔文静;李佳林
【摘要】采用Hummers方法、Improved方法和Improved-等方法制备氧化石墨烯。

同时利用X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FITR）对三种方法制备的氧化石墨烯的形态、官能团及氧化程度等性能进行了表征。

研究表明，以Improved-方法制备的氧化石墨烯综合性能最佳。

【期刊名称】《黑龙江科技信息》
【年(卷),期】2016(000)013
【总页数】1页(P55-55)
【关键词】氧化石墨烯;Improved-方法;官能团
【作者】李兵;金东强;卲晶;乔文静;李佳林
【作者单位】哈尔滨理工大学应用科学学院，黑龙江哈尔滨 150080;哈尔滨理工大学应用科学学院，黑龙江哈尔滨 150080;哈尔滨理工大学应用科学学院，黑龙江哈尔滨 150080;哈尔滨理工大学应用科学学院，黑龙江哈尔滨 150080;哈尔滨理工大学应用科学学院，黑龙江哈尔滨 150080
【正文语种】中文
石墨烯材料具有较薄的厚度、较大的比表面积、较高的透过率和较低的方块电阻等优异特性，因而具有广泛的应用前景和研究价值。

石墨烯虽然具有良好的性能，但是石墨烯的疏水性使其在水溶液中的溶解性非常小，而且由于石墨烯片层之间非常大的范德瓦尔兹力使石墨烯非常容易发生团聚，限制了石墨烯的应用。

为了解决这
方面的问题，研究者发现氧化石墨烯由于含氧官能团的引进，减小了片层间的范德瓦尔兹力，而且增加了石墨烯的亲水性，使得氧化石墨烯可以在水溶液中稳定存在。

另外，氧化石墨烯基材料与其它淬灭剂和纳米材料相比较具有超高的淬灭率、低背底、适用于多种发色团等优点，使其成为吸附生物分子的理想材料[1-3]。

氧化石墨烯的方法主要有Brodie法、Staudenmaier法和Hummers法[10]。

其中，Hummers法由于操作快速简便而得到了广泛的应用[4]。

本文将探讨分别采
用Hummers方法Improved方法和Improved-方法制备氧化石墨烯，同时对制备样品进行表征，以获得制备氧化石墨烯的有效方法[5]。

本实验采用Hummers方法Improved方法和Improved-方法制备氧化石墨烯。

根据设计方案称量膨胀石墨，将石墨倒入三颈瓶中，并将三颈瓶放入冰水浴中，将NaNO3和浓H2SO4倒入三颈瓶中。

将三颈瓶放入恒温35℃水中，搅拌7个小时。

后加入KMnO4继续反应12个小时。

将反应物倒入冰水中，一边搅拌一边加入H2O2，直到溶液由紫色变成黄色为止。

将亮黄色的悬浮液先进行离心分离倒
掉清液。

用稀盐酸清洗离心出来的沉淀物，并用去离子水对沉淀物进行清洗到中性为止。

利用射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱（FITR）对三种方法制备的氧化石墨烯的形态、官能团及氧化程度等性能进行分析。

图1为Hummers方法、Improved方法和Improved-等方法制备氧化石墨烯的
溶液。

由图可知，样品（2）中氧化石墨发生了沉淀，溶液没有发生分层，溶液中杂质比较多，有许多黑色的颗粒，溶液颜色比较暗。

（1）、（3）则相对稳定颜
色鲜亮。

产生这种现象的原因可能是Improved方法和 Improved-方法中石墨被
氧化的比较完全，而Hummers方法石墨氧化不完全，Improved方法和Improved-方法中氧化石墨烯亲水性的含氧官能团比较多，所以氧化石墨可以形
成比较稳定的悬浮液，不易发生沉淀。

图2是膨胀石墨原料以及三种方法制备的氧化石墨烯的XRD衍射图。

如(1)图所示，
膨胀石墨的在2=26.5°附近出现了一个非常明显的特征衍射峰。

在(2)、(3)和(4)的衍射图中，在26.5°附近都有一个比较小的衍射峰，这说明三种方法制备的氧化石墨烯中都残留了一部分未被氧化的石墨。

另外，三种方法制备的氧化石墨烯都在10°附近出现了一个比较明显的衍射峰，该峰的出现是由于石墨被氧化后在石墨片层之间插入了许多含氧官能团，从而使片层之间的的间距变大，所以衍射峰位置发生移动。

为了进一步探究制备方法对氧化石墨烯层间距的影响，表1给出不同工
艺下氧化石墨烯层间距情况。

结果表明层间距越大说明插入的含氧官能团越多，氧化程度越大，所以，I-/GO比I/GO方法氧化程度略大，而它们的氧化程度都比
H/GO法大，这和通过观察法得到的结论一致。

如图3为膨胀石墨和氧化石墨烯的傅里叶红外光谱图。

在图(1)中在3432cm-1和1402 cm-1附近分别有一个吸收峰，其中1402 cm-1附近的吸收峰是石墨烯中的C=C键的伸缩振动峰，3432cm-1处的吸收峰为水分子中的OH伸缩振动吸收峰。

在图(2)中3432cm-1附近的出现了一个很明显的吸收峰，这个吸收峰和图(1)中3432cm-1处的吸收峰应该属于同一官能团，及水分子中的OH。

石墨被氧化后，含氧官能团极易吸附水分子造成氧化石墨中该峰值明显增大。

在图 (2)中还出现了石墨没有的其它吸收峰，这些吸收峰分别为：2926 cm-1处对应CH2反对称伸缩振动，2856 cm-1处对应CH2对称伸缩振动，1630cm-1处对应水分子OH弯
曲振动，1400 cm-1处对应羟基中的OH弯曲振动。

1122 cm-1处对应C-O-C
伸缩振动。

这些都是在石墨被氧化过程中引入的官能团，提高了氧化石墨烯的活性。

三种方法中Improved-方法的氧化程度比Improved方法大，但两者相差不大，
而Hummers方法的氧化程度明显低于前两者，而且Hummers对石墨的氧化不
完全，有黑色的未被氧化的石墨剩余。

在官能团种类方面三种方法制备的氧化石墨烯没有明显差别。

通过观察Improved-方法的氧化石墨烯产量远远大于其他的两
种方法。

综上所述，三种方法中Improved-方法制备的氧化石墨烯综合性能最好。

【相关文献】
[1]SUN HAIYAN.Adv Mater,2013,25(18):2554-2560.
[2]PROBSTLE H.Porous Materials,2003,10(4):213-222.
[3]李瑜，郑建龙，井新利.化学氧化聚合制备微/纳米结构聚苯胺研究进展[J].化工新型材料，2010,11(1):18-21.
[4]Songfeng Pei.Carbon.2011(9).
[5]ShubinYang.Angewandte Chemie International Edition.2010(45).。