石墨烯的合成
电化学法制备石墨烯
电化学法制备石墨烯电化学法制备石墨烯石墨烯（Graphene，GN）是由sp2杂化C原子组成的具有蜂窝状六边形结构的二维平面晶体。
石墨烯独特的结构特征使其具有优异的物理、化学和机械等性能，在晶体管太阳能电池传感器、锂离子电池、超级电容器、导热散热材料、电发热膜、场发射和催化剂载体等领域有着良好的应用前景。
石墨烯的制备方法对其品质和性能有很大影响，低成本、高品质、大批量的制备技术是石墨烯能得到广泛应用的关键。
现有制备石墨烯的方法有很多，包括机械剥离石墨法、液相剥离法、溶剂热合成法、化学气相沉积法、外延生长法和电化学法等。
其中，电化学方法因其成本低、操作简单、对环境友好、条件温和等优点而越来越受到人们的关注。
据最新研究报道，通过电化学方法制备的石墨烯可以达到克量级，这为石墨烯的工业化生产带来了曙光。
电化学制备技术则是通过电流作用进行物质的氧化或还原，不需要使用氧化剂或还原剂而达到制备与提纯材料的目的，具有生产工艺简单、成本低、清洁环保等优点，已在冶金、有机与聚合物合成、无机材料制备等方面得到广泛应用。
而且通过电化学电场作用，可以实现外在电解液离子（分子）对一些层状材料的插入，如锂离子电池石墨负极充电时就是锂离子在石墨层间的插入及石墨层间化合物的电化学制备。
根据电化学原理主要有两种路线制备石墨。
1、通过电化学氧化石墨电极可得氧化石墨烯，再通过电化学还原以实现电化学或化学氧化的氧化石墨烯的还原而得到石墨烯材料。
2、采用类似液相剥离，但施以电场力作用驱动电解液分子以电化学方式直接对石墨阴极进行插层，使石墨层间距变大，层间范德华力变弱，以非氧化方式直接对石墨片层进行电化学剥离制备得到石墨烯。
电化学法制备石墨烯的优势主要为：1）与普通化学氧化还原法相比，不需要用到强氧化剂、强还原剂及有毒试剂，成本低，清洁环保；2）通过电化学方式，在氧化时可以更多地以离子插入方式剥离而减少氧化程度降低对石墨烯结构的破坏，电化学还原时则能更彻底还原，因此制得的石墨烯具有更好的物理化学性质；3）以石墨工作电极为阴极进行非氧化直接剥离时，石墨片层结构没有受到破坏，可以得到与液相或机械剥离法一样高品质的石墨烯片，但因为电化学的强电场作用，比单纯的溶剂表面作用力或超声作用力要大得多，剥离的效率更高，与液相或机械剥离法相比，电化学剥离易实现高品质石墨烯批量制备；4）电化学制备过程中，电流与电压很容易精确控制，因此容易实现石墨烯的可控制备与性能调控，而且电化学法工艺过程与设备简单，容易操作控制；5）与CVD 及有机合成法相比，电化学法采用石墨为原料，我国石墨产量居世界前列，原料丰富成本低廉，不需要用到烯类等需大量进口的高价石化原料。
石墨烯的合成与转移
大面积石墨烯的合成与转移实验石墨烯(Graphene)是一种由碳原子组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的二维材料.它的出现引起了全世界的研究热潮,并且以惊人的速度在发展。
它不但对物理化学方面的纳米技术产生了重大影响，而且对材料科学和工程以及各个学科之间的纳米技术也产生了重大的影响。
本实验中，大面积石墨烯的合成是通过化学气相沉积法（CVD）来合成，石墨烯的转移主要采用湿法转移来实现.【实验目的】1、理解利用化学气相沉积法合成纳米材料的方法；2、熟悉双温区管式炉的操作；3、掌握大面积石墨烯合成的过程；4、掌握大面积石墨烯的湿法转移过程。
【实验原理】1、化学气相沉积(CVD）的基本原理化学气相沉积是一种化学气相生长法，简称CVD （Chemical Vapor Deposition)技术。
这种方法是把含有构成薄膜元素的一种或者几种化合物的单质气体提供给基片，利用加热、等离子体、紫外线乃至激光等能源，借助气相作用或者基片表面的化学反应（热分解或化学合成）生成要求的薄膜.由于CVD法是一种化学合成的方法，所以可以制备多种物质的薄膜。
如各种单晶、多相或非晶态无机薄膜。
CVD法制备薄膜的过程，可分为以下几个主要阶段：（1）反应气体向基片表面扩散；（2)反应气体吸附于表面；(3）在基片表面上发生化学反应；（4）在基片表面产生的气相副产物脱离表面而扩散掉或被真空泵抽走，在基片上留下不会发的固体反应物-薄膜。
2、大面积石墨烯在铜箔上的生长机理对于石墨烯这一新型的二维纳米材料在铜箔上生长的机理来说，暂时还没有确切的理论来解释，但目前比较流行的说法是：表面催化作用是石墨烯在铜箔上生长的主要机制（在镍箔上主要是析出机制），甲烷在铜箔的催化下被分解，碳原子键断裂并在铜箔的表面以sp2杂化键重新形成并连接生成石墨烯（如图1所示为石墨烯制备过程图).上述过程发生在图 1中所示的甲烷分解阶段,而不是在降温阶段。
化学气相沉积法制备石墨烯材料
化学气相沉积法制备石墨烯材料CVD法的基本过程如下：1.准备基底：选择合适的基底材料，例如金属箔（铜、镍等）或硅衬底。
2.清洗基底：使用适当的化学方法去除基底表面的杂质和氧化物，以确保表面干净。
3.加热基底：将基底放置在热处理炉中，使其达到适当的温度。
温度取决于所用的前体气体以及所需的石墨烯形成条件。
4.供应前体气体：将含有碳源的气体（例如甲烷、乙炔等）通过气流或者进料管道送入炉内，并与热基底表面上的金属发生反应。
5.反应过程：碳源气体在基底表面上分解，生成碳原子，并在热基底上扩散。
生成的碳原子随后通过化学反应在基底上重新组合，形成石墨烯结构。
6.石墨烯形成：在适当的条件下，石墨烯会开始在金属基底表面上生长。
通常，石墨烯以多层形式开始，并随后通过控制反应条件使其转变为单层石墨烯。
7.冷却和收集：待石墨烯生长完成后，慢慢降低温度，使基底和石墨烯冷却至室温。
如果需要分离石墨烯层，可以使用化学方法或机械方法分离。
CVD法制备石墨烯的优势在于具有较高的控制性和可扩展性。
通过调节反应温度、反应时间和气氛的成分，可以实现对石墨烯的厚度、结晶度和晶粒大小的控制。
此外，CVD法也可以在大面积基底上实现石墨烯的合成，具备工业化生产的潜力。
然而，CVD法也存在一些挑战和限制。
首先，CVD法需要昂贵的设备和复杂的操作，因此成本较高。
另外，CVD法制备的石墨烯通常需要通过化学方法或机械方法与基底分离，这可能会导致石墨烯的质量下降或损坏。
此外，CVD法制备的石墨烯往往在基底上存在大面积缺陷，对于一些应用，如柔性电子器件，缺陷的存在可能会造成问题。
尽管如此，CVD法仍然是制备石墨烯的重要方法之一，其在石墨烯研究领域和应用领域中具有广泛的应用前景。
通过进一步改进和优化CVD过程，并提高石墨烯的质量、控制性和成产率，可以推动石墨烯技术的发展和商业化应用。
cvd石墨烯的制备与转移
cvd石墨烯的制备与转移CVD石墨烯的制备与转移引言：石墨烯作为一种二维材料，具有优异的电学、热学和力学性能，在电子器件、传感器、催化剂等领域具有广泛的应用前景。
其中，化学气相沉积（CVD）是一种常用的制备方法，可以在金属衬底上快速高效地合成大面积的石墨烯薄膜。
本文将重点介绍CVD石墨烯的制备过程以及转移技术。
一、CVD石墨烯的制备过程1. 基本原理CVD石墨烯的制备是通过在高温环境下使碳源气体分解生成石墨烯，并在金属衬底表面沉积形成薄膜。
常用的碳源气体有甲烷、乙烯等。
在高温条件下，碳源气体分解生成碳原子，然后在金属表面进行扩散和聚合，最终形成石墨烯结构。
2. 制备步骤（1）准备金属衬底：常用的金属衬底有镍、铜等。
首先需要对金属衬底进行表面处理，以提高石墨烯的生长质量。
（2）预处理：将金属衬底放入热处理炉中，在惰性气氛下进行退火处理，去除表面氧化物等杂质。
（3）生长条件设置：将处理后的金属衬底放入石墨炉中，加热到适当的温度。
同时，通过注入碳源气体和惰性气氛来控制反应气氛。
（4）生长时间控制：根据需要得到的石墨烯薄膜厚度，控制反应时间。
一般情况下，生长时间越长，石墨烯的厚度越大。
（5）冷却处理：将反应结束后的金属衬底冷却至室温，取出即可得到CVD生长的石墨烯。
二、CVD石墨烯的转移技术将CVD生长的石墨烯从金属衬底上转移到目标衬底上是进行后续器件制备的关键步骤。
常用的转移技术有机械剥离法、热释放法和湿法转移法。
1. 机械剥离法机械剥离法是最早被采用的一种石墨烯转移技术。
通过在石墨烯上涂覆一层粘性较弱的聚合物，然后用胶带或支撑材料将石墨烯剥离下来，再将其转移到目标衬底上。
这种方法操作简单，但对石墨烯的质量和完整性要求较高。
2. 热释放法热释放法通过在金属衬底上生长一层较厚的二硫化钼（MoS2）薄膜，然后通过加热使MoS2与金属衬底分离，从而将石墨烯转移到目标衬底上。
这种方法相对较容易实现，但需要使用高温来实现MoS2与金属衬底的分离。
电化学法石墨烯
电化学法石墨烯电化学法是一种合成石墨烯的常用方法之一。
石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有优异的电子、热传导性能以及高度的机械强度。
电化学法可以通过控制电解液中的化学反应，在电极上制备石墨烯。
在电化学法中，通常使用氧化石墨（GO）作为起始材料。
首先，将GO溶解在适当的溶剂中，形成GO溶液。
然后，在两个电极上施加电压，通过阳极氧化和阴极还原的反应，将GO 还原为石墨烯。
一般来说，阳极一般由金属材料制成，例如铂或不锈钢，而阴极可以是碳材料或金属材料。
电化学法合成石墨烯的主要优势是制备过程简单，可控性强，可以在大面积、连续生产石墨烯。
此外，电化学法合成的石墨烯在电子器件等领域具有广泛应用前景，因为它具有较高的电导率和良好的透明性。
然而，电化学法合成的石墨烯也存在一些缺点，例如合成过程中需要控制电流密度、温度和时间等参数，以确保石墨烯的质量和一致性。
此外，电化学法合成的石墨烯可能存在多层薄片或缺陷，因此后续的处理和处理步骤可能需要进一步提高石墨烯的质量。
总的来说，电化学法是一种重要的石墨烯合成方法，具有许多优点和应用前景。
随着研究和技术的不断发展，电化学法合成石墨烯的效率和质量将会得到进一步提高。
除了上述电化学还原法，电化学剥离法也是一种常用的电化学合成石墨烯的方法。
电化学剥离法主要通过在石墨电极上施加电压，在电极表面生长出石墨烯，并通过剥离的方式将石墨烯从电极上分离。
具体步骤如下：首先，在石墨电极表面形成一层氧化物保护层，例如氧化铜（Cu2O）或氧化锌（ZnO）；然后，在保护层上施加电压，使含有碳原子的分子在保护层上形成石墨烯；最后，通过适当的方法（例如化学剥离或机械剥离）将石墨烯剥离出来。
与电化学还原法不同，电化学剥离法可以在常温下进行，并且对材料的选择更加灵活。
此外，电化学剥离法制备的石墨烯通常具有较高的质量和单层厚度，适用于许多应用领域，例如电子器件、传感器和储能材料等。
值得注意的是，电化学法合成的石墨烯通常还需要进一步进行后续处理，以去除可能存在的副产物、杂质和多层薄片。
石墨烯制方法Hummers法
石墨烯制方法Hummers法改进的Hummer法制备氧化石墨改进的Hummer法制备氧化石墨:在冰水浴中装配好500ml的反应瓶，将5g石墨粉和5g硝酸钠与200ml浓硫酸混合均匀，搅拌下加入25g高氯酸钾，均匀后，再分数次加入15g高锰酸钾，控制温度不超过20℃，搅拌一段时间后，撤去冰浴，将反应瓶转移至电磁搅拌器上，电磁搅拌持续24h。
之后，搅拌下缓慢加入200ml去离子水，温度升高到98℃左右，搅拌20min后，加入适量双氧水还原残留的氧化剂，使溶液变为亮黄色。
然后分次以10000rpm转速离心分离氧化石墨悬浮液，并先后用5%HCl溶液和去离子水洗涤直到分离液pH=7。
将得到的滤饼真空干燥即得氧化石墨。
氧化石墨的制备工艺流程如图3-1所示。
注：低温反应(＜20℃)中，由于温度很低，硫酸的氧化性比较低，不足以提供插层反应的驱动力，所以，石墨烯原先没有被氧化。
当加入高锰酸钾后，溶液的氧化性增强，石墨烯的边缘首先被氧化。
随着氧化过程的进行和高锰酸钾加入量的增加，石墨里的碳原子平面结构逐渐变成带有正电荷的平面大分子,边缘部分因氧化而发生卷曲。
此时，硫酸氢根离子和硫酸分子逐渐进入石墨层间,形成硫酸-石墨层间化合物。
中温反应(＜40℃)时，硫酸-石墨层间化合物被深度氧化，混合液呈现褐色。
高温反应(90℃-100℃)阶段，残余的浓硫酸与水作用放出大量的热，使混合液温度上升至98℃左右，硫酸-石墨层间化合物发生水解，大量的水进入硫酸-石墨层间化合物的层间，成为层间水并排挤出硫酸，而水中的OH-与硫酸氢根离子发生离子交换作用，置换出部分硫酸氢根离子并与石墨层面上的碳原子相结合，结果使石墨层间距变大，出现石墨烯体积膨胀现象，此时溶液呈亮黄色。
在水洗和干燥过程中，氧化石墨层间的OH-与H+结合以水分子形式脱去，因此产物由金黄色逐渐变成黑色。
石墨烯制备：图3-2为氧化石墨制备石墨烯的工艺流程图。
将氧化石墨研碎，称取300mg分散于60ml去离子水中，得到棕黄色的悬浮液，超声分散1h后得到稳定的胶状悬浮液。
石墨烯合成过程
1 将3g石墨粉，2.5g k2S2O8(过硫酸钾)和2.5g P2O5(五氧化二磷)加入到12ml的浓硫酸中，在80o C的温度下强力搅拌4.5h。
（注：80o C以上即可，搅拌过程中时刻注意在水浴中加水，还要注意搅拌子是否转动，不要让溶液溅到内侧小烧杯中）
2 溶液冷却到室温后，将500ml的去离子水加入上述溶液中，静置12h。
（12h左右即可）
3 过滤出悬浮液，清洗、干燥，得到黑色固体。
4 将黑色固体混合120ml浓硫酸和15g的KMnO4，放到20o C一下的冰浴中冷却，然后转移到油浴（或水浴）中，在35o C下强力搅拌2h。
（注：注意添加顺序，浓硫酸和高锰酸钾容易发生爆炸）
5 将产生的黑灰色泥浆缓慢加入250ml的去离子水，再搅拌2h。
（加水时注意，以免发生危险）
6 用20ml（30wt%）的H2O2缓慢加入到溶液中，产生金灰色溶液。
（注：加双氧水要缓慢，以免发生危险）
7 合成产物离心，样品用稀盐酸（1:10）和去离子水清洗，直到溶液ph约为6，然后产物在40o C温度下干燥即可。
石墨烯制备四种主要方法
石墨烯制备四种主要方法石墨烯制备技术发展迅速。
石墨烯优良的性能和广泛的应用前景，极大的促进了石墨烯制备技术的快速发展。
自2004年Geim等首次用微机械剥离法制备出石墨烯以来，科研人员又开发出众多制备石墨烯的方法。
其中比较主流的方法有外延生长法、化学气相沉淀CVD 法和氧化石墨还原法等。
现有制法还不能满足石墨烯产业化的要求。
包括微机械剥离法、外延生长法、化学气相沉淀CVD法和氧化石墨还原法在内的众多制备方法目前仍不能满足产业化的要求。
特别是产业化要求石墨烯制备技术能稳定、低成本地生产大面积、纯度高的石墨烯，这一制备技术上的问题至今尚未解决。
微机械剥离法石墨烯首先由微机械剥离法制得。
微机械剥离法即是用透明胶带将高定向热解石墨片按压到其他表面上进行多次剥离，最终得到单层或数层的石墨烯。
2004年，Geim，Novoselov 等就是通过此方法在世界上首次得到了单层石墨烯，证明了二维晶体结构在常温下是可以存在的。
微机械剥离方法操作简单、制作样本质量高，是当前制取单层高品质石墨烯的主要方法。
但其可控性较差，制得的石墨烯尺寸较小且存在很大的不确定性，同时效率低，成本高，不适合大规模生产。
外延生长法外延生长方法包括碳化硅外延生长法和金属催化外延生长法。
碳化硅外延生长法是指在高温下加热SiC单晶体，使得SiC表面的Si原子被蒸发而脱离表面，剩下的C原子通过自组形式重构，从而得到基于SiC衬底的石墨烯。
金属催化外延生长法是在超高真空条件下将碳氢化合物通入到具有催化活性的过渡金属基底如Pt、Ir、Ru、Cu等表面，通过加热使吸附气体催化脱氢从而制得石墨烯。
气体在吸附过程中可以长满整个金属基底，并且其生长过程为一个自限过程，即基底吸附气体后不会重复吸收，因此，所制备出的石墨烯多为单层，且可以大面积地制备出均匀的石墨烯。
化学气相沉淀CVD法：最具潜力的大规模生产方法CVD法被认为最有希望制备出高质量、大面积的石墨烯，是产业化生产石墨烯薄膜最具潜力的方法。
石墨烯
长沙理工大学材料科学导论石墨烯论文组长姓名：颜虎斌成员姓名：董文渊唐文楚吴世宇梁紫璋王朔指导老师：陈**石墨烯摘要石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。
极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
石墨烯是非常重要的材料。
本论文首先对石墨烯的组成及基本性质进行阐述，然后分析石墨烯的制备方法，得出石墨烯的使用性质及应用。
关键词：石墨烯目录一、石墨烯简介 (1)1.1石墨烯的来源 (2)1.2石墨烯的成分 (2)1.3石墨烯的结构 (2)二、石墨烯的基本性质 (3)2.1石墨烯的化学性质 (3)2.2石墨烯的物理性质 (3)三、石墨烯的制备方法及工艺流程 (3)3.1物理方法 (3)3.2化学方法 (5)四、石墨烯的应用及前景 (6)4.1应用 (6)4.2发展前景 (7)一、石墨烯简介1.1石墨烯的来源石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
1.2石墨烯的成分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。
1.3石墨烯的结构石墨烯具有完美的二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子围成的六边形，厚度为一个原子层。
碳原子之间由σ键连接，结合方式为sp2杂化，这些σ键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。
石墨烯的硬度比最好的钢铁强100倍，甚至还要超过钻石。
在石墨烯中，每个碳原子都有一个未成键的p电子，这些p电子可以在晶体中自由移动，且运动速度高达光速的1/300，赋予了石墨烯良好的导电性。
石墨烯是新一代的透明导电材料，在可见光区，四层石墨烯的透过率与传统的ITO薄膜相当，在其它波段，四层石墨烯的透过率远远高于ITO薄膜。
石墨烯制备方法
1、化学还原石墨烯氧化物法（推荐）试剂：石墨粉浓硫酸高锰酸钾水合肼 5%双氧水盐酸氢氧化钠仪器：超声仪离心仪实验步骤：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 40o C温水浴中继续搅拌30 min 用蒸馏水将反应液(控制温度在 100 o C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 60o C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 4 000 r/ min下离心 3 min 除去极少量未剥离的氧化石墨。
向离心后的氧化石墨烯分散液中加入0.1 mL水合肼，在90o C反应 2 h 得到石墨烯分散液，密封静置数天观察其分散效果。
2、微波法（推荐）试剂：石墨 NH4S2O8 H2O2仪器：超声仪实验步骤：将石墨与NH4S2O8 及H2O2在超声下混合, 然后进行微波反应, 成功制备了石墨烯。
他们指出该过程包括两步反应。
首先,NH4S2O8 在微波下发生了分解产生了氧自由基,在氧自由基的诱导下, 石墨纳米片被切开。
然后H2O2 分解并插入石墨纳米片层间从而导致石墨烯的剥离。
3、化学气相沉积法试剂：二氧化硅/硅镍甲烷氢气氩氨气仪器：马福炉实验步骤：K im等首先在S iO2 /Si基底上沉积一层100- 500nm厚的金属镍薄层, 然后在1 000o C 及高真空下, 以甲烷、氢气及氩气混合气为反应气,在较短的时间内制备了石墨烯。
W ei等采用甲烷和氨气为反应气, 一步法直接合成了氮掺杂的石墨烯。
在该氮掺杂的石墨烯中氮原子采取“石墨化”、“吡咯化”及“吡啶化”这三种掺杂方式。
石墨烯的合成方法
石墨烯的合成方法石墨烯的合成方法主要有两种：机械方法和化学方法。
机械方法包括微机械分离法、取向附生法和加热SiC的方法；化学方法是化学还原法与化学解理法。
微机械分离法最普通的是微机械分离法，直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来。
2004年Novoselovt等用这种方法制备出了单层石墨烯，并可以在外界环境下稳定存在。
典型制备方法是用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。
但缺点是此法是利用摩擦石墨表面获得的薄片来筛选出单层的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，无法可靠地制造长度足供应用的石墨薄片样本。
取向附生法—晶膜生长取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，首先让碳原子在1150 ℃下渗入钌，然后冷却，冷却到850℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，镜片形状的单层的碳原子“孤岛”布满了整个基质表面，最终它们可长成完整的一层石墨烯。
第一层覆盖80 %后，第二层开始生长。
底层的石墨烯会与钌产生强烈的交互作用，而第二层后就几乎与钌完全分离，只剩下弱电耦合，得到的单层石墨烯薄片表现令人满意。
但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响碳层的特性。
另外Peter W.Sutter 等使用的基质是稀有金属钌。
加热SiC法该法是通过加热单晶6H-SiC脱除Si，在单晶(0001) 面上分解出石墨烯片层。
具体过程是：将经氧气或氢气刻蚀处理得到的样品在高真空下通过电子轰击加热，除去氧化物。
用俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除后，将样品加热使之温度升高至1250~1450℃后恒温1min~20min，从而形成极薄的石墨层，经过几年的探索，Berger等人已经能可控地制备出单层或是多层石墨烯。
其厚度由加热温度决定，制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。
包信和等开发了一条以商品化碳化硅颗粒为原料，通过高温裂解规模制备高品质无支持（Free standing）石墨烯材料的新途径。
石墨烯
引言石墨烯是单层碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶体结构的一种炭质材料,碳原子排列与石墨的单原子层一样。
石墨烯是碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的, 其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环, 这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335nm，仅为头发的二十万分之一，是目前所发现的最薄的二维材料，是构建其他维数炭质材料（如零维富勒烯，一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性及电学质量和优异的电学、力学性能和结晶性。
2004 年, Manchester 大学的Geim 小组首次用机械剥离法获得了单层或薄层的新型石墨烯.石墨烯是一种没有能隙的半导体，具有比硅高 100 倍的载流子迁移率 (2 × 10 5cm 2／v),在室温下具有微米级自由程和大的相干长度，因此石墨烯是纳米电路的理想材料，石墨烯还具有良好的导热性[3000W ／(m ·K)] 、高强度(110GPa) 和超大的比表面积(2630mZ ／g) 。
这些优异的性能使得石墨烯在纳米电子器件、气体传感器、能量存储及复合材料等领域有光明的应用前景。
一、石墨烯的合成目前制备石墨烯的主要方法有: 化学气相沉积法, 微机械剥离法以及液相条件下的有机分子分散法, 溶剂热法和氧化还原法等.化学气相沉积法是以能量激化气体反应先驱物发生化学反应在基底表面形成石墨烯薄膜的一种薄膜成长方法. Keun 等,Kim 等通过 CH4分解，还原 CO等反应生成气态碳原子, 产物沉积在基底表面，生成二维石墨烯薄膜，然而现阶段工艺不成熟及较高的成本限制了其规模应用。
微机械剥离法是采用离子束对物质表面刻蚀，并通过机械力对物质表面进行剥离制备石墨烯 .Geim 等用微机械剥离法从高定向热解石墨上剥离得到单层石墨烯，但由于工艺复杂制备的石墨烯产率低不能够满足工业化需求。
在一定程度上限制了规模化生产。
有机分子分散法是将石墨在有机溶剂中超声分散得到石墨烯的一种方法。
石墨烯的化学方程式
石墨烯的化学方程式石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有出色的导电性、热导性和力学性能。
它的化学方程式可以表示为Cn，其中n为碳原子的数量。
石墨烯的制备方法有多种，其中最常用的是机械剥离法。
这种方法是通过用胶带或其他黏性材料粘取石墨晶体，并反复剥离，直到薄到只有一个原子层的石墨烯片。
这种方法简单易行，但产量较低。
另一种制备石墨烯的方法是氧化石墨烯还原法。
首先，将石墨粉末与强酸进行氧化处理，生成氧化石墨烯。
然后，通过加热或还原剂的作用，将氧化石墨烯还原为石墨烯。
这种方法可以得到较高质量和较大面积的石墨烯薄膜。
除了这两种方法，还有化学气相沉积法、化学溶剂剥离法等其他制备石墨烯的方法。
这些方法各有优缺点，可以根据需要选择适合的方法进行制备。
石墨烯的化学方程式Cn可以进一步被用于制备新的化合物。
例如，通过在石墨烯表面引入不同的官能团，可以制备出具有特定功能的材料。
这些官能团可以通过化学反应与石墨烯表面的碳原子进行共价键结合。
例如，通过在石墨烯表面引入氨基官能团，可以制备出氨基化石墨烯。
这种氨基化石墨烯具有良好的分散性和化学活性，可以被用于制备高性能的催化剂、传感器等材料。
石墨烯还可以与其他材料进行复合，形成新的复合材料。
例如，将石墨烯与聚合物进行复合，可以得到具有优异力学性能和导电性能的聚合物复合材料。
这种复合材料可以应用于电子器件、柔性显示器等领域。
总结起来，石墨烯的化学方程式为Cn，其中n为碳原子的数量。
石墨烯可以通过机械剥离法、氧化石墨烯还原法等多种方法进行制备。
它可以与其他官能团反应形成新的化合物，也可以与其他材料进行复合形成新的复合材料。
石墨烯具有出色的导电性、热导性和力学性能，因此在电子器件、催化剂、传感器等领域具有广泛的应用前景。
石墨烯材料的合成及其应用
石墨烯材料的合成及其应用近年来，石墨烯作为一种新型的二维材料，备受瞩目。
它具备很多优异的物理和化学性质，如极高的导电性、导热性、机械强度、化学稳定性等。
因此，石墨烯有着潜在的广泛应用前景，可以用于电子、光电、储能等领域。
本文将重点探讨石墨烯材料的合成及其应用。
一、石墨烯的合成方法目前石墨烯的合成方法主要有化学气相沉积法、化学还原法、机械剥离法等。
这些方法各有特点，下面将分别介绍。
1. 化学气相沉积法化学气相沉积法即CVD法，它是通过在高温和高压下，在基底上化学反应合成石墨烯。
首先，在石墨或金属基底表面增加一层碳源，然后用热压钨丝将氢气和甲烷混合，通过气相沉积反应，将碳源在高温和高压下转化为石墨烯。
该方法具备成本低、重复性好的优点，因此成为了当前主流的石墨烯合成方法之一。
2. 化学还原法化学还原法属于一种自下而上的合成方法，它基于从氧化石墨（GO）到石墨烯的还原过程，即在GO的表面通过还原剂还原氧化物，从而形成石墨烯。
这种方法可以通过水热反应、溶剂热还原以及化学气相沉积法等手段完成。
这个方法的缺点是石墨烯得到的数量比较少，但是可以对其进行进一步的修饰、改性。
3. 机械剥离法石墨烯是一个很薄的二维结构，它最早通过机械剥离法合成。
该方法是通过机械剥离的方式将石墨片层层分离，直到只剩下一层厚的石墨片，那么这就是石墨烯。
这种方法的优点是无需昂贵的生长设备，但是成本昂贵，且对多层石墨片的源头材料质量要求比较高。
二、石墨烯的应用1. 电子领域石墨烯由于具有很高的电导率、透过率等特性，因此适用于电子领域。
石墨烯可以作为晶体管的栅极，由于石墨烯可以实现超薄结构，因此体积小、能耗低，可以适用于各种小型电子设备的发展。
2. 光电领域在光电领域，石墨烯表现出了很好的光电性能，可以用于制作超速光电探测器等。
此外，石墨烯还可以用来制造透明导电膜，在触摸屏和显示器等领域中有广泛应用。
3. 储能领域石墨烯可以被用于制造电池，由于其极高的导电性能和良好的化学稳定性，可以用于提高电池的储能效率。
石墨烯制方法：Hummers法
改进的Hummers法制备氧化石墨改进的Hummers法制备氧化石墨:在冰水浴中装配好500 ml的反应瓶，将5 g石墨粉和5 g 硝酸钠与200 ml浓硫酸混合均匀，搅拌下加入25 g高氯酸钾，均匀后，再分数次加入15 g 高锰酸钾，控制温度不超过20 ℃，搅拌一段时间后，撤去冰浴，将反应瓶转移至电磁搅拌器上，电磁搅拌持续24 h。
之后，搅拌下缓慢加入200 ml去离子水，温度升高到98 ℃左右，搅拌20 min后，加入适量双氧水还原残留的氧化剂，使溶液变为亮黄色。
然后分次以10000 rpm转速离心分离氧化石墨悬浮液，并先后用5%HCl溶液和去离子水洗涤直到分离液pH=7。
将得到的滤饼真空干燥即得氧化石墨。
氧化石墨的制备工艺流程如图3-1所示。
注：低温反应(＜20℃)中，由于温度很低，硫酸的氧化性比较低，不足以提供插层反应的驱动力，所以，石墨烯原先没有被氧化。
当加入高锰酸钾后，溶液的氧化性增强，石墨烯的边缘首先被氧化。
随着氧化过程的进行和高锰酸钾加入量的增加，石墨里的碳原子平面结构逐渐变成带有正电荷的平面大分子,边缘部分因氧化而发生卷曲。
此时，硫酸氢根离子和硫酸分子逐渐进入石墨层间,形成硫酸-石墨层间化合物。
中温反应(＜40℃)时，硫酸-石墨层间化合物被深度氧化，混合液呈现褐色。
高温反应(90℃-100℃)阶段，残余的浓硫酸与水作用放出大量的热，使混合液温度上升至98℃左右，硫酸-石墨层间化合物发生水解，大量的水进入硫酸-石墨层间化合物的层间，成为层间水并排挤出硫酸，而水中的OH-与硫酸氢根离子发生离子交换作用，置换出部分硫酸氢根离子并与石墨层面上的碳原子相结合，结果使石墨层间距变大，出现石墨烯体积膨胀现象，此时溶液呈亮黄色。
在水洗和干燥过程中，氧化石墨层间的OH-与H+结合以水分子形式脱去，因此产物由金黄色逐渐变成黑色。
石墨烯制备：图3-2为氧化石墨制备石墨烯的工艺流程图。
将氧化石墨研碎，称取300 mg 分散于60 ml去离子水中，得到棕黄色的悬浮液，超声分散1 h后得到稳定的胶状悬浮液。
石墨烯的制备
电化学氧化石墨棒法
将两个高纯的石墨棒平行地插 入含有离子液体的水溶液中, 控制电 压在10-20V,30min后阳极石墨棒被 腐蚀, 离子液体中的阳离子在阴极还 原形成自由基, 与石墨烯片中的π 电 子结合, 形成离子液体功能化的石墨 烯片, 最后用无水乙醇洗涤电解槽中 的黑色沉淀物,60℃下干燥2 h 即可
优点：石墨烯质量较好，面积较大。 缺点：生长条件复杂，成本较高，同时SiC衬底价格昂贵，不 利于大规模工业化生产
氧化石墨烯还原法主要原理是采用强氧化剂与石墨反应得 到氧化石墨，而氧化石墨的层间距层间距远大于石墨烯，其层 间相互作用较弱。然后经过超声或者膨化处理以后，氧化石墨 层间分离并在溶液中超声分散处理后分散得到氧化石墨烯，最 后采用还原法去除氧化石墨中的各类含氧基团，最终得到石墨 烯。
溶性石墨稀纳米带,通过化学
处理恢复导电能力。该方法 产率高,可得到具有优异电学
性质的本征石墨烯窄带,但产
物有很多结构上的缺陷,且层 数不可控。
成本
高质量 工业化 生产
石墨烯的制备
参考文献： 1. A. K. Geim, P. Kim. Carbon wonderland[J]. SCIENTIFIC AMERICAN, 2008, 298（4）: 90-97 2. Riedl C, Coletti C, Iwasaki T, Zakharov A A, Starke U. Quasi-Free-Standing Epitaxial Graphene on SiC Obtained by Hydrogen Intercalation[J]. Phys. Rev. Lett., 2009, 103: 246804. 3. 吴天如. 化学气相沉积法生长高质量石墨烯及其光电性能研究[D]. 南京航空航天大学, 2012. 4. 黄曼. 石墨烯的制备, 表征及在传感器中的应用研究[D]. 华中科技大学, 2013. 5. 张伟娜, 何伟, 张新荔. 石墨烯的制备方法及其应用特性 [J][J]. 化工新型材料, 2010, 38(4): 15-18. 6. Kosynkin D V, Higginbotham A L, Sinitskii A, et al. Longitudinal unzipping of carbon nanotubes to form graphene nanoribbons[J]. Nature, 2009, 458(7240): 872-876.
石墨烯制备方法总结-高勇
石墨烯（Graphene）的制备方法总结石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢状晶格的平面薄膜，是一种只有一个原子层厚（0.334nm）的二维材料。
石墨烯分为：1单层石墨烯（Graphene）；2 双层石墨烯（Bilayer or double-layer graphene）；3 少层石墨烯（few-layer）3-10层；4 多层或者厚层石墨烯（multi-layer graphene）厚度在10层以上10nm以下。
石墨烯（Graphenes）是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯、多层石墨烯的总称。
制备不同种类的石墨烯有不同的方法，一般情况下，制备单层石墨烯的方法有：机械剥离法、化学气象沉积法、外延生长法、有机合成法等；制备多层石墨烯的方法有：氧化还原法、电弧放电法等；制备石墨烯纳米带的方法：熔融合金快淬碳自析法等。
目前为止，国内外的石墨烯制备方法有20多种，其中包括：1.机械剥离法2.氧化还原法3.外延生长法4.有机合成法5.化学气象沉积法（CVD）6.化学剥离法（氧化还原法）7.球磨法8.熔融合金快淬碳自析法9.电化学法10.石墨插层法11.离子注入法12.高温高压生长法（HTHP）13.爆炸法14.液相气象直接剥离法15.等离子体增强化学气象沉积法（PECVD）16.原位自生模板法17.电泳沉积法18.微波法19.溶剂热法20.电弧放电法21.固态碳源催化法22.纳米管切割法每一种制备方法的原理、制备的石墨烯质量、工艺过程及评价：（1）化学气象沉积法（CVD）原理：CVD法是可控制备大面积石墨烯的一种最常用的方法。
它的主要原理是利用平面金属作为基底和催化剂，在高温环境中通入一定量的碳源前驱体和氢气，相互作用后在金属表面沉积而得到石墨烯。
从生长机理上主要可以分为两种:一是，渗碳析碳机制，即对于镍等具有较高溶碳量的金属基体，碳源裂解产生的碳原子在高温时渗入金属基体内，在降温时再从其内部析出成核，进而生长成石墨烯；二是，表面生长机制，即对于铜等具有较低溶碳量的金属基体，高温下气态碳源裂解生成的碳原子吸附于金属表面，进而成核生长成“石墨烯岛”，并通“石墨烯岛”的二维长大合并得到连续的石墨烯薄膜。
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合成化学综述论文——石墨烯的合成姓名：常俊玉学号：1505120528学院：化学化工学院班级：应化1204班时间：2015-4-19石墨烯合成综述应化1204 常俊玉1505120528摘要：由于石墨烯优异的电学、光学、机械性能以及石墨烯广泛的应用前景，自英国曼彻斯特大学物理学教授Geim 等得到了稳定存在的石墨烯以来，掀起对碳材料的又一次研究热潮。
这10年来，石墨烯的制备方法上取得了重大进展。
本文对石墨烯的机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法、有机合成法四种制备方法进行了综述，比较可以发现各种合成方法有其优缺点，实际生产可以根据实际情况选择对应方法。
关键词：石墨烯、机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法、有机合成法一.引言石墨烯是由碳原子通过sp2 杂化，构成的单层蜂窝状二维网格结构。
石墨烯是构成其他碳同素异形体的基本单元，它可折叠成富勒烯（零维），卷曲成碳纳米管（一维），堆垛成石墨（三维），如图一所示[1]。
石墨烯的理论研究已经有60 多年，当时主要用来为富勒烯和碳纳米管等结构构建模型，没有人认为石墨烯会稳定存在，因为物理学家认为，热力学涨落不允许二维晶体在有限温度下存在。
2004 年，英国曼彻斯特大学物理学教授Geim 等，用胶带反复剥离高定向热解石墨的方法，得到了稳定存在的石墨烯[2]。
该发现立即引起了物理学家、化学家和材料学家的广泛关注，掀起了继富勒烯和碳纳米管之后碳材料的又一次研究热潮。
由于石墨烯优异的电学、光学和机械性能，以及石墨烯广泛的应用前景，石墨烯的发现者Geim 教授和Novoselov 博士被授予2010 年度诺贝尔物理学奖。
图一：石墨烯是构成其他维度碳材料的基本单元石墨烯可以折叠成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管和堆垛成三维的石墨。
石墨烯的发现，对当时的物理认知产生了巨大冲击，同时点燃了美好希望。
作为一种独特的二维晶体，石墨烯有着非常优异的性能：具有超大的比表面积，理论值为2630m2/g；机械性能优异，杨氏模量达1.0TPa；热导率为5300W·m-1·K-1 ，是铜热导率的10 多倍；几乎完全透明，对光只有2.3%的吸收；在电和磁性能方面具有很多奇特的性质，如室温量子霍尔效应、双极性电场效应、铁磁性、超导性及高的电子迁移率[3]。
这些优异的性质，使得石墨烯在晶体管、太阳能电池、传感器、超级电容器、场发射和催化剂载体等领域有着良好的应用前景。
制备高质量的石墨烯和促进石墨烯的应用，是石墨烯领域的研究热点。
本文综述了近些年在石墨烯的制备方法方面取得的进展。
二．石墨烯制备方法从发现稳定存在的石墨烯到现在的6 年多时间里，石墨烯在制备方面取得了长足的进步，目前的研究热点已经从获得石墨烯发展到可控地制备石墨烯，如控制石墨烯的形状、尺寸、层数、元素掺杂和聚集形态等[4]。
目前制备石墨烯的方法有很多，主要包括机械剥离法、剖开碳纳米管法、化学气相沉积法、还原氧化石墨法和有机合成等方法。
以下对石墨烯的机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法、有机合成法四种制备方法进行了综述。
2.1机械剥离法石墨是层状堆垛结构，层与层之间以较弱的范德华力结合，简单施加外力即可将石墨的层状结构分离。
机械剥离法是利用机械力，将石墨烯从高定向热解石墨晶体表面剥离下来的方法。
2004 年Geim 和Novoselov 等就是用透明胶带反复剥离高定向热解石墨获得石墨烯[2]，从而开启了碳材料发展的新纪元。
该方法得到的石墨烯宽度一般在几微米至几十微米，最大可达到毫米量级，肉眼可观察到。
该方法设备简单，成本较低，同时由于高定向热解石墨内部的缺陷很少，制备的石墨烯质量较好。
但是这种方法制备石墨烯的偶然性很大，对层数的控制较为困难，机械剥离法实现工业化生产还有很大的困难。
原料石墨可以采用天然鳞片石墨，如果用高定向热解石墨为原料，可以进行以下操作[5]：（1）首先采用离子束在1mm厚的高定向热解石墨表面进行氧化等离子处理，在表面刻蚀出宽20μm—2mm，深5μm的微槽。
（2）将其用光刻胶粘到玻璃衬底上，然后再用透明胶带反复撕揭，将多余的高定向热解石墨去除。
（3）将粘有石墨薄片的玻璃衬底放入丙酮溶液中超声；（4）将单晶硅片放入丙酮溶剂中，将单层石墨烯“捞出”，在范德华力或毛细力作用下，单层石墨烯会吸附在单晶硅片上。
另一种机械剥离法简单有效：将石墨表面在另一个固体表面上摩擦，使石墨烯片附着在固体表面上，但尺寸不宜控制。
此方法操作简单，但产量极低。
2.2 化学气相沉积法2006 年，Somani 等[6]用化学气相沉积法，以樟脑为碳源，在850°C 的高温条件下，在镍箔上沉积碳原子，由镍箔在炉腔中自然冷却制备出石墨烯，该方法获得的石墨烯较厚，约有35 层。
此法虽然没有制得单层的石墨烯，但为石墨烯的制备提供了新的思路和手段。
Kim 等[7]在1000°C 的高温条件下通入甲烷，在金属镍上沉积碳原子，然后在氩气保护下，将镍以大约10°C/s 的速度冷却至室温，从而在镍薄膜表面析出一层石墨烯。
通过一定的溶液（如FeCl3溶液）将镍基底刻蚀掉，即得到漂浮在液面上的石墨烯，有利于石墨烯的转移和应用。
Kim 等的工作，促进了石墨烯的制备和转移，不过由于镍对碳的溶解能力较大，他们制备的石墨烯仍然以3~5 层为主，还没有实现单层石墨烯的可控制备。
Li 等[8]换用溶解碳能力比较低的金属铜作为基底，用类似于Kim 等的工艺条件，制备了大面积的石墨烯，单层石墨烯的比例约占95%。
同时他们发现，石墨烯的生长是自我限制的（self-limiting），制备样品的层数不会因为碳源进给量的增加而增加。
化学气相沉积法有利于石墨烯的可控制备，Qu 等[9]用甲烷为碳源在氨气气氛下，用类似于Kim 等的方法制备了氮掺杂的石墨烯[9]。
通过控制甲烷和氨气的比例，有望实现对石墨烯氮掺杂浓度的控制，这对石墨烯的应用是非常有利的。
Wei等[10]以ZnS 为模板，用化学气相沉积法制备了石墨烯。
ZnS 可以催化石墨烯的生长，通过控制ZnS 模板的形状，即可实现对石墨烯形状的控制，这种方法的可控性和可扩展性很好，将对石墨烯的应用产生重大的推动作用。
整体讲化学气相沉积法制备的石墨烯质量较高，可控性较好，同时易于得到完整薄膜状的石墨烯，利于石墨烯在太阳能和场发射等领域的应用，但是这种方法制备的石墨烯的量比较少，不利于石墨烯在超级电容器等领域的应用。
中国科学院沈阳金属所成会明课题组[11]以30μm 直径的镍颗粒为基板、甲烷为碳源，生长5min 后，用快速冷却的方法制备了5mg 的石墨烯，这种方法虽然石墨烯的产量较大，不过制备的石墨烯是宏观的块体结构，而不是薄膜状结构，使得化学气相沉积法制备的石墨烯失去了在太阳能和场发射电极等领域的应用优势。
常用制备方法：化学气相沉积法制备石墨烯多采用有机气体（如甲烷、乙烯等）、液体（如乙醇）或固态（如樟脑、蔗糖）。
下面以乙醇为例，介绍化学气相沉积法制备石墨烯的具体工艺步骤。
用于制备石墨烯的化学气相沉积装置如图所示，反应装置主体部分为电阻炉，以长度为1.5m，内径为35mm的石英管为反应室。
以乙醇为碳源，以金属箔（本实验采用铜箔和镍箔）为基底。
反应溶液在精密流量泵的带动下通过毛细管输入反应室中。
碳源在高温反应区中分解出碳原子并在基底上沉积并逐渐生长成连续的石墨烯薄膜。
制备石墨烯薄膜的具体实验操作如下[5]：（1）准备色谱纯（99.9%）的乙醇溶液为碳源；（2）将金属箔放入电炉的加热区中央，密封反应室；（3）通入氩气，流量为200mL/min，加热反应室温度至1000℃；（4）保持氩气流量200mL/min不变，保温一段时间，对金属箔进行高温预热处理；（5）开启精密流量泵，使反应溶液通过毛细管注入反应室，溶液进给速度为20μL/min，反应时间为5min；（6）反应完毕，停止进给反应溶液，将金属箔快速移动到炉口，关闭电炉，保持氩气流量200mL/min，直至炉温冷却至300℃一下。
石墨烯在镍和铜上的生长机制不同。
以镍作为基底时，碳原子首先在高温与镍形成固溶体，冷却时过饱和的碳在镍表面析出，形成石墨烯。
渗碳浓度和冷却速率对石墨烯的厚度（层数）至关重要，控制也较为困难。
而碳和铜不互溶，在石墨烯形成过程中，铜主要起类似催化剂的作用。
碳原子在同表面吸附并结晶生成石墨烯。
当一层石墨烯形成并覆盖在铜表面后，阻碍了后续碳原子沉积。
因此，在一定条件下，在铜基底上生长的石墨烯可控制为单层。
图二：石墨烯的生长机制（a）渗碳/析碳机制（b）表面吸附催化剂机制2.3氧化还原法氧化还原法，其基本思路是将机械剥离法应用于液相。
两者均以块体的石墨为原料制备石墨烯，此方法成本低，周期短，产量大，常被应用于石墨复合材料的制备。
将石墨氧化，能够在石墨边沿接上一些官能团，甚至在石墨层间插入一些物质，使得石墨层之间的引力变小，有利于石墨层的剥离，再通过还原剂还原剥离下来石墨片层，制备出石墨烯。
2005年，Stankovich等人[12]将石墨氧化并分散在水中，形成平均厚度只有几个纳米的石墨烯悬浊液。
同年，他们首次使用氧化还原法制备石墨烯，并将还原得到的石墨烯用聚合物包覆均匀地分散在水中[13].氧化还原法的原理如图3所示，第一步，将石墨进行氧化还原处理，改变石墨层片的自由电子对，对其表面进行含氧官能团（如羟基、羧基、羰基和环氧基）的修饰，这些官能团可以降低石墨层片间的范德华力，增强石墨的亲水性，便于分散在水中；第二步，将氧化石墨在水中剥离，形成均匀稳定的氧化石墨烯胶体；第三步，由于氧化石墨烯是绝缘体，而且缺陷多，需要将其还原成石墨烯，常见方法有化学还原、热还原和催化还原等方法，得到缺陷少，性能较好的石墨烯，但由于表面含氧官能团减少，导致石墨烯在水中的分散性变差。
图三：氧化还原法原理为了更好的分离石墨烯，得到更高单层石墨烯比例，氧化还原处理过程是制备石墨烯的关键。
石墨的层间距只有0.34nm，经过氧化后石墨的层间距扩大为0.7-1.2nm。
石墨是一种既不亲水也不亲油的物质，与之相比，氧化还原由于其表面的含氧官能团而有良好的亲水性。
图四是单层氧化石墨示意图。
图四：单层氧化石墨示意图自1859年Brodie首次发现氧化石墨以来，石墨的氧化方法主要有三种：Hummers法、Brodie法和Standenmaier法。
为了使石墨氧化更加充分，可对石墨进行膨胀预处理。
将石墨浸泡在有浓硫酸和双氧水组成的酸溶液中，是酸分子插层到石墨的夹层中，得到石墨层间化合物，有称可膨石墨，然后将可膨石墨在氩气的保护下快速加热到900℃，石墨夹层中的酸分子急速分解汽化成水蒸气和二氧化碳，将层片膨胀开，得到膨胀石墨，石墨层片可在垂直方向上膨胀几十倍甚至几百倍。