氧化还原法制备石墨烯
氧化-还原法制备石墨烯材料
山 东 化 工 收稿日期：２０１８－０５－１１作者简介：陈 康（１９９７—），安徽天长人，在读本科生，研究方向：材料科学与工程檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿殨殨殨殨。
专论与综述氧化－还原法制备石墨烯材料陈 康，赵雨晗，李亚儒（南京林业大学理学院，江苏南京 ２０００３７）摘要：石墨烯材料具有优异的光学、力学、导电、导热性能，受到了广泛关注。
叙述了石墨氧化还原法制备石墨烯的方法，包括石墨的氧化、剥离、还原三个步骤。
氧化处理主要介绍了Ｈｕｍｍｅｒｓ法、Ｂｒｏｄｉｅ法以及Ｓｔａｕｄｅｎｍａｉｅｒ法，并比较了三种方法的优缺点。
剥离处理有超声剥离和热膨胀剥离两种，阐述了各自的作用机理。
还原处理包括化学试剂还原法、热还原法、电化学还原法，举例说明了三种方法的处理效果。
最后，对石墨烯材料的发展提出了展望。
关键词：石墨烯；氧化；剥离；还原中图分类号：ＴＢ３８３．１；Ｏ６１３．７１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１８）１４－００３６－０２ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＧｒａｐｈｅｎｅＭａｔｅｒｉａｌｓｂｙＯｘｉｄａｔｉｏｎ－ＲｅｄｕｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄＣｈｅｎＫａｎｇ，ＺｈａｏＹｕｈａｎ，ＬｉＹａｒｕ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，ＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２０００３７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｒａｐｈｅｎｅｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｗｉｔｈｅｘｃｅｌｌｅｎｔｏｐｔｉｃａｌ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ，ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅａｎｄｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ａｒｅｗｉｄｅｌｙｃｏｎｃｅｒｎｅｄ，ｎｏｗａｄａｙｓ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｐｒｅｐａｒｉｎｇｇｒａｐｈｅｎｅｂｙｒｅｄｏｘｒｅａｃｔｉｏｎａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ，ｓｔｒｉｐｐｉｎｇａｎｄｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｉｔｅ．ＴｈｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄＨｕｍｍｅｒｓｍｅｔｈｏｄ，ＢｒｏｄｉｅｍｅｔｈｏｄａｎｄＳｔａｕｄｅｎｍａｉｅｒｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｍｅｔｈｏｄｓｉｎｔｈｅｍｅａｎｔｉｍｅ．Ｓｔｒｉｐｐｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｃｏｎｔａｉｎｅｄｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｐｅｅｌｉｎｇａｎｄｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎ．Ｔｈｅｉｒｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｗａｓｍｅｎｔｉｏｎｅｄｔｏｏ．Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔｉｎｃｌｕｄｅｓｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｇｅｎｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｒｍａｌｒｅｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｒｅｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｒｅｅｍｅｔｈｏｄｓｉｓｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒａｐｈｅｎｅ；ｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ；ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ 石墨烯材料是面相２１世纪的新型功能材料，以其卓越的性能愈来愈受到材料科学领域研究工作者的重视。
用氧化还原法制造石墨烯的方法
用氧化还原法制造石墨烯的方法
氧化还原法（即化学还原法）是一种常见的制备石墨烯的方法之一。
这个方法的基本思路是将氧化的石墨氧化物（如氧化石墨烯或氧化石墨烯烯）还原为石墨烯。
以下是一种基本的制备石墨烯的氧化还原法：
1.材料准备：首先，准备好氧化石墨烯。
通常，氧化石墨烯可以通过氧化石墨或氧化石墨烯烯的方法制备得到。
2.还原剂的选择：选择一种适当的还原剂，常用的还原剂包括氢气（H2）、氨气（NH3）、还原石墨烯氧化物的有机物（如乙醇、乙二醇）等。
3.还原反应：将氧化石墨烯与还原剂置于反应容器中，进行还原反应。
反应通常在适当的温度下进行，并可能需要一定的时间。
4.分离和纯化：完成还原反应后，需要对产物进行分离和纯化。
这包括对产物进行洗涤、离心、过滤等操作，以去除未反应的材料和副产物。
5.表征：对得到的石墨烯进行表征和分析，包括使用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱等技术来确定石墨烯的形态、结构和质量。
需要注意的是，氧化还原法制备石墨烯的具体操作条件和步骤可能会根据不同的研究目的和条件而有所不同。
此外，还有其他一些制备石墨烯的方法，如化学气相沉积法、化学剥离法等，每种方法都有其优缺点和适用范围。
石墨烯制备方法的研究进展
石墨烯制备方法的研究进展一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子构成的二维纳米材料，自2004年被科学家首次成功制备以来，就因其独特的物理、化学和电子特性引起了全球范围内的广泛关注。
由于其出色的导电性、超高的热导率、优异的力学性能和潜在的大规模应用前景，石墨烯在众多领域如能源、电子、生物医学等都有着广泛的应用潜力。
然而，石墨烯的制备技术仍然是制约其大规模应用的关键因素之一。
因此，研究和开发高效、稳定、可规模化的石墨烯制备方法成为了当前科学研究的重要课题。
本文旨在全面综述石墨烯制备方法的研究进展，通过对各种制备方法的原理、特点、优缺点以及最新研究成果的详细分析和讨论，为石墨烯的大规模制备和应用提供理论支持和技术指导。
文章将首先介绍石墨烯的基本结构和性质，然后重点介绍目前主要的石墨烯制备方法，包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法、碳化硅外延法等，并对各种方法的最新研究进展进行评述。
文章还将探讨石墨烯制备技术的发展趋势和未来研究方向，以期为石墨烯的进一步研究和应用提供有益的参考。
二、石墨烯制备方法概述石墨烯的制备方法众多，每一种方法都有其独特的优点和适用场景。
目前，主要的制备方法可以大致分为物理法和化学法两大类。
物理法主要包括机械剥离法、SiC外延生长法和取向附生法等。
机械剥离法是最早用来制备石墨烯的方法，其原理是通过使用胶带对石墨进行层层剥离，得到单层或多层的石墨烯。
这种方法制备的石墨烯质量较高，但产率极低，难以实现大规模生产。
SiC外延生长法是在高温和超真空环境下，通过加热SiC单晶使其表面分解出碳原子，进而在单晶表面生长出石墨烯。
这种方法制备的石墨烯面积大，质量好，但设备成本高昂，且制备过程复杂。
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，使碳原子以单层形式从钌表面析出，形成悬浮的单层石墨烯。
这种方法制备的石墨烯层数可控，但同样面临制备成本较高的问题。
石墨烯的氧化还原法制备及结构表征
实验目的：（1）了解石墨烯的结构和用途。
（2）了解氧化后的石墨烯比纯石墨烯的性能有何提升（3）了解Hummers法的原理一、实验原理：天然石墨需要进行先氧化，得到氧化石墨，再经过水合肼的作用下还原，才能得到在水相条件下稳定分散的石墨烯。
石墨的氧化过程采用浓硫酸和高锰酸钾这两种强氧化剂，氧化过程中先加浓硫酸，搅拌均匀后再加高锰酸钾，氧化过程从石墨的边沿进行，然后再到中间，氧化程度与持续时间有关。
氧化过程中要增加石墨的亲水性，以便于分散，分散一般使用超声分散法。
氧化后的氧化石墨烯需要进行离心处理，使得pH值在6到7之间，目的是洗去氧化石墨烯的酸性，根本原因是研究表明氧化石墨烯和石墨烯在碱性条件下可以形成稳定的悬浮液。
氧化石墨烯的还原有多种方法，化学还原和热还原等，化学还原采用水合肼，热还原采用作TGA后，加热到200℃，一般大部分的含氧官能团都能除去。
二、实验内容：1、利用氧化还原法制备石墨烯2、对制得的石墨烯进行结构表征三、实验过程：实验利用Hummers法进行实验：1、在三颈瓶外覆盖冰块，制造冰浴环境，并在三颈瓶内放入搅拌磁石；2、将冰状天然石墨4g和硝酸钠2g倒入三颈瓶中；3、将92ml浓硫酸倒入三颈瓶中；4、开启磁力搅拌器，把溶液搅拌均匀后再缓慢加入高锰酸钾12g，在冰浴环境下搅拌3h；5、升温至35℃，保持搅拌0.5h或1h，此时是对石墨片层中间进行氧化作用，氧化程度与持续时间有关；6、加入去离子水184ml，缓慢滴加，保持温度低于100℃，升温至90℃，保温3h，溶液变红；7、加300ml去离子水和30%的双氧水溶液10ml，使得高锰酸钾反应掉，静置一晚，倒掉上层清液；8、对溶液进行离心操作7-8次，使得pH值在6-7；9、减压蒸馏，进行还原反应得到石墨烯；10、对得到的产物进行结构表征。
六、实验结果及讨论：(A)氧化后的氧化石墨烯悬浮液 (B) 还原过程加热温度对氧化石墨烯含量的对比记录(C)石墨烯的XRD（D）石墨烯的SEM图有（B）可知随着温度的上升，氧化石墨烯反应得越多，占比越低。
氧化还原法制备石墨烯工艺详解
氧化还原法制备石墨烯工艺详解相信很多研究生进入实验室的第一课就是氧化石墨烯制备，制备氧化石墨烯真是一个巨大的工程，其中涉及了各种复杂参数的调控，可谓经历了九九八十一难，方能制备出理想的氧化石墨烯。
今天小编就来为你深入解读如何采用氧化还原法制备出氧化石墨烯，各种参数如何调控？如何还原得到石墨烯？工业级氧化还原石墨烯制备与实验室制备又有什么区别？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2.5日Rcdjcllasi图1氧化还原制备石墨烯流程CbLeiiiic^llyeouvenedgiraiilieLie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,第三种是Staudenmaier法，他们首先均是用无机强质子酸例如浓H2s04、发烟HN03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（如高镒酸钾、KC104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H2S04和发烟HN03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。
石墨烯的氧化还原法制备及结构表征
石墨烯的氧化还原法制备及结构表征近年来，石墨烯受到了越来越多的关注，它被认为是一种具有优异性能的二维纳米材料，可以用于电子学、光学学和材料学等多个领域。
石墨烯的制备技术是研究石墨烯特性的基础，氧化还原法是最近几年广泛研究的制备方法之一。
氧化还原法是一种以氧化物为原料，经过高温氧化和还原步骤而得到的石墨烯材料。
在此方法中，以催化剂石墨烯母体（Graphene Oxide，GO）作为原料，然后通过高温的氧化和还原步骤，GO发生氧化和还原反应，使其形成石墨烯（Graphene，G）。
首先，GO必须通过电性溶液（例如，高温氨水）形成超细粉末（粒径小于100 nm），以增加其表面积，并便于进一步处理。
然后，将高温氨水处理的粉末经过一系列的氧化还原反应，最终形成石墨烯，其中包括进行高温氧化（150～200）、还原（250～350）以及石墨化（500～600）等步骤。
石墨烯在结构上具有平板形式，其构成单位只有一个原子，并具有良好的导电性和透明性。
氧化还原方法得到的石墨烯具有良好的均匀性，大部分石墨烯片段为单层和双层，且具有良好的相容性，能够持久稳定存在。
为了表征经过氧化还原法制备的石墨烯的结构，常用的表征技术包括X射线衍射（XRD）、旋转反射显微镜（Raman）和扫描电子显微镜（SEM）等。
其中，X射线衍射（XRD）可用于判断石墨烯的形貌、尺寸和结构等性质，其特征谱即X射线可以提供石墨烯的结构特征。
旋转反射显微镜（Raman）是研究石墨烯结构最为常用的技术之一，也是衡量石墨烯结构质量的重要方法，它能够对石墨烯的厚度、层数、热性质和几何结构进行表征。
最后，扫描电子显微镜（SEM）可以得到石墨烯的粒径、形貌和区域分布等特征，从而对石墨烯的表面形貌进行表征。
综上所述，氧化还原法是最近广泛研究的石墨烯制备技术之一，其具有良好的均匀性和稳定性，对石墨烯的表征技术可以提供结构特征。
X射线衍射（XRD）、旋转反射显微镜（Raman）和扫描电子显微镜（SEM）等可以检测出氧化还原法制备的石墨烯的结构特性，因此，这种制备方法将会成为石墨烯的发展的重要推动力。
石墨烯生产工艺流程
石墨烯生产工艺流程
《石墨烯生产工艺流程》
石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶格结构材料，其出色的导电性、热导性和机械性能使其成为研究人员和工程师们的研究重点。
但要生产高质量的石墨烯并非易事，需要精密的工艺流程以确保其品质和性能。
石墨烯的生产工艺流程通常包括以下几个步骤：
1. 石墨氧化：首先，天然石墨粉末会被氧化成石墨烯的前体物质——氧化石墨（GO）。
这一步通常采用氧化剂如硫酸和硝
酸对石墨进行氧化反应，使得石墨表面附着上氧原子和羟基，形成氧化石墨。
2. 氧化石墨的还原：接着，氧化石墨会被还原为石墨烯。
这一步通常使用还原剂如高温还原、化学还原或电化学还原等方法，将氧原子和羟基去除，恢复碳原子的结构，得到石墨烯。
3. 石墨烯的分散和修饰：最后，生产得到的石墨烯需要进行分散和修饰，以确保其在材料和设备中的应用性能。
这通常包括超声分散、添加表面活性剂、聚合物包覆等步骤，以使得石墨烯能够均匀分散在介质中，并且具有一定的稳定性。
以上就是一般的石墨烯生产工艺流程。
当然，随着科技的发展和工艺的改进，也可能会有一些新的方法被引入到石墨烯生产中。
总的来说，石墨烯的生产需要高度的技术和设备支持，并
且对于材料本身的品质和性能有严格的要求。
希望随着科技的不断进步，石墨烯的生产工艺也会更加完善和成熟。
氧化石墨烯制备流程及步骤
氧化石墨烯制备的基本流程如下：
材料准备：准备石墨粉末。
氧化石墨烯的制备通常采用Hummers法（Hummers Method）或石墨氧化还原法（Graphite Oxide Reduction Method）。
Hummers法：
在冷却的硫酸中加入冷冻浓硝酸。
将石墨粉末加入到硫酸和硝酸的混合物中，搅拌。
慢慢加入冷却的浓硫酸和浓硝酸的混合物。
持续搅拌，反应进行一段时间。
倒入冷水，使反应停止并产生沉淀。
沉淀用稀硫酸和水洗涤，去除杂质。
沉淀用稀硫酸和水反复洗涤，直至洗涤水的pH值为中性。
将洗涤后的沉淀在真空干燥器中烘干，得到氧化石墨烯。
石墨氧化还原法：
将石墨粉末加入到硝酸等化学试剂中，搅拌。
加热反应，使石墨与氧化剂发生反应生成石墨氧化物。
过滤和洗涤产生的石墨氧化物。
将石墨氧化物在高温下还原，经过退火处理，得到氧化石墨烯。
表征和应用：对制备的氧化石墨烯进行表征，如使用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察其形貌和结构，并研究其在机械、光学、电学等领域的应用。
需要注意的是，氧化石墨烯的制备过程可能会有细微的变化，具体步骤和实验条件会因制备方法和实验室的要求而有所不同。
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。
氧化还原法制备石墨烯的方法概述分析
毕业论文题目: 氧化怀原法制备石墨烯的方法概述学院：_________________________专业：_______________________________毕业年限：_______________________学生姓名：____________________________学号：________________________指导教师：_____________________目录摘要 (2)关键词 (2)Abstract (2)Key words (2)I 刖言 (3)n氧化还原法制备石墨烯 (3)2.1 氧化石墨（GO）的制备 (4)2.1.1 Brodie 法 (5)2.1.2 Staudenmaie法 (6)2.1.3 Hummers法 (6)2.2 氧化石墨（GO）的还原 (6)2.2.1 热还原法 (6)2.2.2 溶剂热还原 (7)2.2.3 光照还原 (7)2.2.4化学液相还原 (7)山展望 (9)参考文献 (10)致谢 (13)氧化还原法制备石墨烯的方法概述摘要：近年来,石墨烯以其独特的结构和优异的性能，在化学、物理和材料学界引起了广泛的研究兴趣。
人们已经在石墨烯的制备方面取得了积极的进展，为石墨烯的基础研究和应用开发提供了原料保障。
本文大量引用近年来最新参考文献，综述了用氧化还原法制备石墨烯，并对它的发展前景进行了展望！关键词：氧化石墨，石墨烯，氧化还原法The Summarize of oxidation-reduction method for grapheneShao qing Ma , Zhon gai Hu(Northwest no rmal uni versity, chemical engin eeri ng college, la nzhou, 730070)Abstract : In rece nt years, graphe ne with its unique structure and the outsta nding performanee, caused wide interests in the chemical, physical and material fields. People have made positive progress in the preparati on of graphe ne,a nd have provided raw material guara ntee for graphe ne of basic research and applicati on developme nt. This paper largely applied the latest refere nces in rece nt years , reviewed the legal system with oxidati on-reduct ion method for graphe ne and prese nted the developme nt prospects.Key words : graphite oxide, graphe ne, oxidati on-reducti on methodI刖言Partoe ns等⑴研究发现，当石墨层的层数少于10层时,就会表现出较普通三维石墨不同的电子结构。
石墨烯基超级电容器电极材料制备与性能测试
石墨烯基超级电容器电极材料制备与性能测试石墨烯是由碳原子通过共价键形成的有序六角网状结构，具有优异的导电性、热导性和机械性能，因此成为超级电容器电极材料的理想选择。
本文将介绍石墨烯基超级电容器电极材料的制备方法以及相关的性能测试。
一、石墨烯制备方法1. 氧化石墨烯还原法氧化石墨烯是将天然石墨通过氧化与剥离过程制备得到的材料。
还原方法可以使用热还原法或化学还原法。
在热还原法中，将氧化石墨烯放置于高温下，如800摄氏度的氢气气氛中，氧化石墨烯中的氧原子会被还原成CO和二氧化碳等气体，从而得到石墨烯。
化学还原法是将氧化石墨烯与还原剂反应，如还原铝粉等，通过电子转移实现还原。
2. 大规模机械剥离法大规模机械剥离法是利用机械剥离技术将天然石墨烯层分离得到石墨烯。
这种方法不需要经过氧化过程，能够制备出高质量的石墨烯。
常用的机械剥离方法包括胶黏带剥离法和液体剥离法。
3. 化学气相沉积法化学气相沉积法是将碳源气体，如甲烷，通过热解等反应生成石墨烯。
这种方法可以在金属催化层上制备出石墨烯，具有良好的可控性和大规模生产的优势。
二、石墨烯超级电容器电极材料性能测试1. 电化学性能测试电化学性能测试是评价超级电容器电极材料性能的关键指标之一。
常用的测试方法包括循环伏安法、恒流充放电法和交流阻抗法。
循环伏安法可以用来研究材料的电容性能和电极材料表面的氧化还原反应。
恒流充放电法则可以用来测定材料的比电容以及能量密度和功率密度等参数。
交流阻抗法可以揭示超级电容器电极材料与电解质之间的界面性质和电荷传输行为。
2. 导电性测试石墨烯具有高导电性，因此导电性测试是对其性能进行评估的重要方法之一。
常用的测试方法包括四探针测试和霍尔效应测试。
四探针测试可以测量石墨烯样品的电阻率和导电性能。
霍尔效应测试可以用来测定材料的载流子浓度和载流子迁移率等参数。
3. 结构和形貌表征石墨烯的结构和形貌对其电化学性能有着重要影响，因此需要进行结构和形貌表征。
石墨烯的制备(一)：氧化-还原法
高温-较低温’’反应过程。实验现象：1 原始石墨与浓硫酸混合呈现墨黑色、2 加入高锰酸钾 后变成墨绿色、3 加热反应后变成深褐色、4 样品溶入水中呈深棕色、5 经过双氧水处理后 呈橙黄色，6 样品经过离心洗涤、超声剥离、干燥研磨处理后得到样品 F1-3:GO-120。
2.3.F2-1:GO-72 的制备实验
国轩高科动力能源股份公司 材料分院
8
石墨烯的制备(一) ：氧化-还原法
2015.10
4.1.2.GO 的 FT-IR 表征
图 13 不同 GO 的 FT-IR 图谱
从图 13 可以看出， 5 个样品在 3426cm-1 处都出现一个较宽的吸收峰， 其中 F1-2-2:GO-48、 F1-2-2:GO-120 和 F2-1:GO-72 的峰较强，这主要是由于-OH 的伸缩振动引起的；5 个样品在 1617cm−1 处的吸收峰可能是 C-OH 的弯曲振动吸收峰； F1-2-2:GO-120 在 1725cm−1 处出现的 较强的吸收峰为羧基上的 C=O 伸缩振动峰；5 个样品在 1076cm−1、1389cm−1 的峰为 C-O-C、 C-O 的振动吸收峰，但峰形很弱，表明 C-O-C 基团很少；另外，1617cm-1 和 1389cm-1 处振 动吸收峰的共同出现，对应的是水分子的变形振动吸收峰，说明样品中有水分子的存在，这 也说明样品中的水分子很难去除；综上所述，可得知所制备的氧化石墨烯主要含有 OH 、 -COOH、C-O-C、-C=O 四种官能团。
国轩高科动力能源股份公司 材料分院
10
石墨烯的制备(一) ：氧化-还原法
2015.10
4.1.3.3.F1-3:GO-120
图 16 F1-3:GO-120 的 AFM 图谱
石墨烯的氧化还原法制备及结构表征
石墨烯的氧化还原法制备及结构表征
石墨烯是一种二维碳材料，具有优异的性能，如超强弹性、优良的热导率和电学性能等。
目前，主要的制备技术有氧化还原法。
氧化还原法是用氧化剂把石墨彻底分解成碳氧微粒，再用还原剂将碳氧微粒重组成石墨烯的技术。
其具体实现过程主要包括选择介质、制备原料碳原料悬浮液，合成悬浮液氧化/ 竞争性反应，滤液洗涤，单分子层稳定化吸附，水热处理法, 热处理，电解沉积等步骤。
氧化还原制备石墨烯的好处是可以制备灵活多变的微纳结构，如各种卷曲石墨烯，交织石墨烯和空心石墨烯等，尺寸可以调节范围从几纳米到几十纳米；另外，由于控制了还原反应，可以调节它的结构,例如碳冒号数量,棱镜样角等纳米特征，从而改变其物理性能；此外，氧化还原法可以在各种介质，如水、溶剂混合物、电解质、有机溶剂中实现绿色环保的合成。
可见，氧化还原法是一种有效的制备石墨烯的方法，它具有灵活的形状、微纳的结构、易于控制的参数和绿色环保的特点，使石墨烯在电子、力学和绝热方面具有广阔的应用前景。
比较三种化学方法制备石墨烯
一、利用液氨作为还原剂，还原氧化石墨。
工艺：1、将60 g的颗粒状天然石墨，硝酸钠30 g加入l0L的双层玻璃反应釜中冷却至0℃;再将2500 mL浓硫酸缓慢加入反应釜中充分搅拌3 0 min，保持反应体系的温度不高于4℃;然后，将180 g高锰酸钾加入反应釜中并充分搅拌60 min，同时保持反应体系温度不高于8℃，此阶段为低温反应。
2、撤走冷浴，用高温恒温循环泵将反应体系加热至35℃，并充分搅拌3h，得到褐色悬浮液，再缓慢加入90 g高锰酸钾反应12h，保持反应体系的温度不高于40℃，此阶段为中温反应。
3、撤走高温恒温循环泵，用低温冷却循环泵将反应系统温度控制在5℃以下，将7L去离子水缓慢滴加入褐色悬浮液中，体系温度骤然升高，并伴有大量气体生成，稀释的悬浮液在此温度下搅拌60 min。
4、向悬浮液中加入50 mL的H202 (30%)，室温下搅拌60 min，得到亮黄色氧化石墨分散液。
5、将上述分散液静置2 h，分层，去除上清液后，加入一定量的去离子水，过滤，得到黄褐色滤饼。
用5000 mL稀盐酸(10%)将滤饼洗涤2次后，再分散于5000 mL 去离子水中，过滤，用大量去离子水洗涤至溶液中无氯离子(可用AgN03溶液检测)，且接近中性。
然后将剩余固体产物在60 ℃的真空干燥箱中干燥24 h，研磨过筛后得到的氧化石墨。
石墨烯的制备用低温冷却循环泵在一定温度下将高纯氨在密封容器中液化，加入一定量干燥的氧化石墨用超声细胞粉碎机超声剥离1h，将一定量的金属铿放入液氨中，溶液变成蓝色，继续保持超声30 min溶液变黑，停止冷却自然升温使液氨挥发，向得到的黑色固体中加入乙醇超声分散，过滤用去离子水洗涤至中性，真空60℃干燥12h，得到黑色的石墨烯。
在其他实验条件相同的条件下，将铿用金属钠和金属钾代替，得到对应的碱金属还原的石墨烯。
小结:采用液氨作为溶剂超声剥离氧化石墨，利用液氨一碱金属强还原性，碱金属进一步插层剥离氧化石墨同时将其还原。
氧化还原法制备石墨烯及其在锂离子电池中的应用
氧化还原法制备石墨烯及其在锂离子电池中的应用嘿，朋友们！今天咱们来唠唠石墨烯这个神奇的玩意儿，特别是用氧化还原法制备它，还有它在锂离子电池里的那些事儿。
氧化还原法制备石墨烯啊，就像是一场魔法表演。
首先呢，把石墨变成氧化石墨，这过程就好比是给石墨穿上一层奇奇怪怪的“魔法外衣”。
你想啊，石墨原本老老实实的，结果各种强氧化剂一上，就像一群调皮的小精灵，把石墨的结构捣鼓得乱七八糟，变成了氧化石墨。
这氧化石墨呢，层间距变得老大了，就像原本挤在一起的小蚂蚁被强行拉开了距离，到处都是空隙。
然后啊，还原这一步就更有趣了。
还原剂就像是一群超级英雄，冲向那些被氧化的石墨。
比如说用硼氢化钠当还原剂的时候，硼氢化钠就像一个个小小的炸弹，把氧化石墨身上那些多余的“魔法装饰”给炸掉，让石墨慢慢恢复它原本帅气的结构，石墨烯就这么诞生了。
这个过程就像是给一个化了浓妆又穿得奇奇怪怪的人卸妆换衣服，最后变回那个清新自然的帅哥或者美女。
那这石墨烯在锂离子电池里可就像是个超级明星。
锂离子电池就像一个舞台，而石墨烯就是舞台上最耀眼的舞者。
石墨烯的导电性好得不得了，就像电线里的电流在它身上跑的时候，就跟开着超级跑车在高速公路上狂飙一样，畅通无阻。
在锂离子电池电极里，石墨烯就像是一个超级黏合剂。
它把那些活性物质紧紧地黏在一起，就像用强力胶水把一群调皮的小孩子黏在座位上一样。
而且它还能给锂离子提供更多的附着点，就像给锂离子建了好多好多小房子，让锂离子住得舒舒服服的。
石墨烯的高比表面积在锂离子电池里也是个大优势。
这就好比是给锂离子准备了一个超级大的游乐场，锂离子可以在这个巨大的游乐场里尽情地玩耍，跑来跑去，存储和释放能量都变得更加容易。
如果把锂离子电池比作一个人体，那石墨烯就是那个超级健康的心脏。
它不断地为电池的性能注入活力，让电池的寿命变得更长。
就像有一颗永远不会疲惫的心脏在身体里跳动一样，电池也能长时间稳定地工作。
在电池充放电的过程中，石墨烯就像一个稳定的指挥官。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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，华盛顿大学就开始尝试做这一工作。
因发现石墨烯而获得诺贝尔奖的海姆教授的课题组有一个规矩，要用十分之一的时间做异想天开的实验，而就是这十分之一的时间和他对科学的理解，致使石墨烯最终被发现。
关于这一件事，用怀海特的一句话评述很恰当：“科学史告诉我们：非常接近真理和真正懂得其意义是两回事。
每一项重要的理论都可能曾被前人提出过。
”后来的实验结果表明，石墨烯的存在有其特殊的原因，并不与传统理论完全相悖。
在投射电子显微镜下发现炫富的石墨烯层片上存在大量博文结构，振幅大约为1nm。
石墨烯通过调整其内部碳-碳键长以适应热波动。
因此，无论是独立自由存在，还是沉积在基底上，石墨烯其实都并不是一个百分之百平整的完美平面。
石墨烯是通过在表面形成褶皱或吸附其他分子来维持自身的稳定性。
纳米量级的表面微观粗糙度可能是二维晶体具有较好稳定性的根本原因。
1.3石墨烯的结构简单地说，石墨烯指单层石墨层片，仅有一个原子尺度厚，由sp2杂化的碳原子紧密排列而成的蜂窝状晶体结构。
石墨烯中的碳-碳建厂约为0.142nm。
每个晶格内有三个键，连接十分牢固，形成了稳定的六边形状。
垂直于晶面方向上的键在石墨烯导电的过程中起到了很大的作用。
石墨烯是石墨、碳纳米管、富勒烯的基本组成单元。
可以将它看做一个无限大的芳香族分子，平面多环芳烃的极限情况就是石墨烯。
形象来说，石墨烯是有单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构，看上去就像是一张六边形网格构成的平面。
在单层石墨烯中，每个碳原子通过sp2咋花与周围碳原子成键给构成整流变形，每一个六边形单元实际上类似一个苯环。
每个碳原子都贡献出一个未成键电子。
单层石墨烯厚度仅为0.35nm，约为头发丝直径的二十万分之一。
石墨烯的结构非常稳定，碳原子之间的连接及其柔韧。
受到外力时，碳原子面会发生弯曲变形，使碳原子不必重新排列来适应外力，从而保证了自身的结构稳定性。
石墨烯是有限结构，能够以纳米级条带形式存在。
纳米条带中电荷在横向移动时会在中性点附近产生一个能量势垒，势垒随条带宽度的减小而增大。
因此，通过控制石墨烯条带的宽度便可以进一步得到需要的势垒。
这一特性是开发以石墨烯为基础的电子器件的基础。
如前所述，在结构上，石墨烯可以和碳纳米管进行类比。
例如，单笔碳纳米管按手性可分为锯齿型、扶手椅型和手性型；石墨烯根据边缘碳链的不同也可分为锯齿型和扶手椅型。
锯齿型和扶手椅型的石墨烯纳米条带呈现出不同的电子传输特性。
锯齿型石墨烯条带通常为金属型；而扶手椅型石墨烯条带则可能为金属型或半导体型。
1.4石墨烯的性能简介石墨烯是一种超轻材料。
如果提取石墨烯中的一个正六边形碳环作为结构单元，由于每个碳原子仅有1/3属于这个六边形，因此一个结构单元中的碳原子数为2.六边形的编辑为0.052。
由此可以计算出石墨烯的面密度为0.77。
1.4.1 石墨烯的光学性能石墨烯具有优异的光学性能。
理论和实验结果表明，单层石墨西吸收 2.3%的可见光，即透过率为97.7%。
从基地到单层石墨烯、双层石墨烯的可见光透射率依次相差2.3%，因此可以根据石墨烯薄膜的可见光透射率来估算其层数。
结合非交互狄拉克-费米子理论，模拟石墨烯的透射率，可以得出与实验数据相符的结果。
根据折射和干涉原理，不同层数的石墨烯在光学显微镜下会显示出不同的颜色和对比度，为石墨烯层数的辨别提供了方便。
理论和实验表明大面积石墨烯薄膜同样具有优异的光学性能，且其光学特性岁石墨烯的厚度发生变化。
石墨烯薄膜是一种典型的透明导电薄膜，可以取代氧化铟锡（ITO）、掺氟氧化铟（FTO）等传统薄膜材料，即可克服ITO薄膜的脆性缺点，也可解决铟资源稀缺对应用的限制等诸多问题。
石墨烯透明导电薄膜可作为染料敏化太阳能电池和液晶设备的窗口层电极。
石墨烯表面经改性后不但可作为电子受体应用于有机光电器件中，还可用于超级电容器的电极材料。
另外，当入射光的强度超过某一临界值时，石墨烯对其的吸收会达到饱和。
这一非线性光学行为成为饱和吸收。
在近红外光谱区，在强光辐照下，由于其宽波段吸收和零带隙的特点，石墨烯会慢慢接近饱和吸收。
利用这一性质，石墨烯可用于超快速光子学，如光纤激光器等。
1.4.2 石墨烯的电学性能如前所述，石墨烯的每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道电子形成大键，电子可以自由移动，赋予石墨烯优异的导电性。
由于原子间作用力非常强，在常温下，即使周围碳原子发生碰撞，石墨烯中的电子收到的干扰也很小。
电子在石墨烯中传输时不易发生散射，，约为硅中电子迁移率的140倍。
其电导率可达，是常温下导电性最佳的材料。
1.4.3 石墨烯的力学性能石墨烯是一直材料中强度和硬度最高的晶体结构。
其抗拉强度和弹性模量分别为125GPa和1.1TPa。
石墨烯的强度极限为。
理想石墨烯的强度约为普通钢的100倍。
面积为1的石墨烯层片可承受4kg的质量。
石墨烯可作为一种典型的二维增强相，在复合材料领域具有潜在的应用价值。
1.4.4 石墨烯的热学性能石墨烯的室温热导率是室温下铜的热导率的10倍多。
石墨烯的理论比表面积可达2630，用石墨烯支撑的微传感器可以感应单个原子或分子，当气体附着或脱离石墨烯表面时，吸附的分子改变了石墨烯的局部载流子浓度，导致电阻发生阶跃型变化。
这一特性可用于制作气体传感器。
理论计算表明，石墨烯与锂可形成多孔复合结构，具有极强的氢气储存能力。
2．实验目的及意义1. 氧化还原法制备石墨烯。
2. 对制得的石墨烯以及中间产物氧化石墨进行IR，Raman和SEM表征。
3. 了解氧化还原制备石墨烯的方法。
4. 熟悉相关化学实验的操作规程。
5. 对实验流程进行验证，明确各步骤的作用。
3. 实验方案与实验步骤3.1氧化还原法制备石墨烯概述氧化还原法是目前被广泛使用的一种液相法，其基本思路是将固相剥离的概念应用于液相，起始原料为石墨。
此方法成本低，周期短，产量大，常被应用于石墨烯复合材料的制备。
2005年，Stankovich等人将石墨氧化并且分散在水中，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。
氧化还原法的原理：第一部，将石墨进行氧化处理，改变石墨层片的自由电子对，对其表面进行含氧官能团（如羧基、羟基、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；第二部，将氧化石墨在水中玻璃，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，常见的方法有化学还原、热还原和脆化还原等方法，得到缺陷少，性能较好的石墨烯，但由于表面含氧官能团的的减少，导致石墨烯在水中的分散性变差。
Li等人将肼还原的氧化石墨烯仅通过加氨水改变溶液pH的方法将其均匀地分散在水中。
为了更好地分离石墨烯，得到更高单层石墨烯的比例，氧化处理过程是制备石墨烯的关键。
石墨的层间距只有0.34nm，经过氧化后水墨的层间距扩大为0.7~1.2nm。
石墨是一种既不亲水也不亲油的物质，与之相比，氧化石墨由于其表面的含氧官能团而又良好的亲水性。
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 发、Brodie法和Standenmaier法。
为了使石墨的氧化更加充分，可对石墨进行膨胀预处理。
将石墨浸泡在由浓硫酸和双氧水组成的酸溶液中，使酸分子插层到石墨的夹层中，得到石墨层间化合物，又称可膨石墨，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企划呈水蒸气和二氧化碳，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。