对氧化石墨烯在不同有机溶剂中的分散特性进行了研究

氧化石墨烯在有机溶剂中的扩散

J.I.Paredes,*S.Villar-Rodil,A.Marez-Alonso,and

J.M.D. Tasco

国家研究所德尔·卡尔沃。中船重工，阿帕73，33080Ø

奥维耶多，西班牙

收到的6月5日，2008年收到修改稿8月5日，2008

对氧化石墨烯在不同有机溶剂中的分散特性进行了研究。所制备的石墨氧化物可分散为INN，N-二甲基甲酰胺，N-甲基-2-吡咯烷酮，四氢呋喃和乙二醇。在所有的这些溶剂中，所述氧化石墨材料成单个的，单层石墨烯氧化物片的充分剥离达到了超声。氧化石墨烯分散体显示出长期稳定性，显示出纳米至几微米，类似的石墨烯氧化物分散体在水中的情况。这些结果使石墨烯基材料便利地应用于不同的操作和处理。

1.简介

石墨烯，从sp2键合的碳原子上的二维晶格，其中石墨，碳纳米管，富勒烯衍生作为一种新的和重要的一类材料，其自身的优点已经在最近几年出现。这不仅是由于新的基础科学，并且它已经应用于基于石墨烯的纳米电子器件的各种跨越，如2,3-复合材料，4,5-和气体传感器。

作为适用于大规模的任何新材料的应用，方法的发展，使生产石墨烯片和加工已成为一个优先级。在这方面，虽然最初报道的方法是石墨烯的制备方法（即微机械切割）的散装石墨导致高品质的二维晶体，对基础研究是非常合适的。目前，该能提供可观的石墨烯基片材唯一途径是依赖于化学石墨通过强氧化转化为氧化石墨烯.4,5,7-13石墨氧化物，可以在容易剥离亲水性层状材料水，得到稳定的分散体，主要由单层片，其被称为石墨烯氧化物。这提供了一个非常方便的设置。到目前为止，大部分的工作报告了溶液相操纵，石墨烯氧化物的已在含水媒体中进行。然而，石墨烯氧化物分散体在制备其它溶剂，特别是有机溶剂，是非常理想的，因为它显著便于实际使用。迄今为止，石墨烯氧化物的有机分散溶剂已通过共价功能化已完成氧化石墨烯片材，具有不同的分子和聚合物，但这些稳定剂的存在是不希望的对于大多数。相反，分散行为所制备的石墨烯氧化物基本上保持未开发。近日，蔡，宋报告说，所制备的石墨氧化物纳米片可以分散在N，N-二甲基甲酰胺酰胺（DMF）未经化学官能化的协助下，但纳米片的剥离下来，以单层平未表现出与在附加共同分散溶剂并没有被调查。

随着扩大其加工性和未来实际的目标用途，我们已经调查了石墨烯的分散行为和氧化物在不同的有机溶剂中的现象。我们确定几种溶剂中所制备的石墨氧化物可以是剥离成单个或至多片组成的数层的石墨烯氧化物片，形成分散体于水具有长期稳定的方式媲美石墨烯氧化物。这一结果应有助于编制石墨烯的聚合物复合材料20或发展石墨烯杂化材料。

2.实验部分

氧化石墨是从天然石墨粉末制备（Fluka公司50870）用硝酸钠，硫酸，andKMnO4.21的悍马方法，氧化产物通过用10％HCl溶液漂洗纯化用大量的毫水，并过滤反复洗涤通过与布氏漏斗过滤纸。该过滤材料在真空下（80℃，3小时）中干燥，最后剥离滤波器的纸中的〜0.5毫米厚的薄膜的形式。用于制备氧化石墨分散在不同的溶剂中，将干燥的产物是用研钵和研杵，然后第一接地加入到溶剂中，并超声处理在超声浴中清洗剂（(J. P. Selecta Ultrasons 系统40千赫兹）1小时。以使分散体之间直接比较在不同的溶剂中的行为，一定量的石墨氧化物的粉末（〜5毫克）加入到溶剂中的给定体积（〜10毫升）中在这样一种方式，所得到的标称浓度调节到0.5毫克毫升-1对所有的溶剂。石墨氧化物分散体是在下面的有机溶剂中进行试验：丙酮，甲醇，乙醇，1-丙醇，乙二醇，二甲基亚砜（DMSO），N，N-二甲基甲酰胺酰胺（DMF），N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP），吡啶，四氢呋喃（THF），二氯甲烷，邻 - 二甲苯，和正己烷。在所有的溶剂中，水含量为0.1％以下。因为对氧化石墨分散体的制备常用的溶剂是水，我们所制备的石墨氧化物材料的水性分散体刚好在使用相同的条件下也作了相同的有机溶剂。这样的水分散体对上述有机溶剂的分散体进行比较具有参考作用。对氧化石墨产品的一般特性进行分心，通过热重分析法（TGA），X射线光电子能谱（XPS），变换红外光谱（FTIR）。TGA是开展一个SDT Q600热天平（TA仪器）在Ar气流量（100毫升每分钟）中，在10℃每分的加热速率。XPS测量是在SPECS分光计下10-7制成霸使用的100的功率的单色铝KR X射线源W.由于石墨氧化物是电绝缘的固体，没有一个显著表面充电效果失真的记录谱图。这样的效果被抵消，通过使用一个电子流枪工作在0.4伏特和0.10毫安。原子百分数（原子％）目前通过探测到的〜10 nm的上层不同的元素XPS计算，通过从调查光谱考虑所发现的那些元件的主要XPS峰值综合领域。

FTIR光谱记录在Nicolet8700光谱仪（热科学），使用粒料在KBr中与样品浓度~0.1重量％.谱coadding64干涉的结果氧化石墨分散体特征在于，紫外 - 可见吸收光谱法和原子力显微镜（AFM）。紫外可见吸收光谱记录在双光束Heλiosř分光光度计（热电Spectronic 公司）。 AFM图像进行在环境条件下得到的（相对湿度〜40％，temperature~22-24°C）具有纳秒示波器IIIa的多模设备（威科仪器）在轻敲模式。矩形硅悬臂用〜40 n个m1的弹簧常数及的共振频率~250-300千赫被雇用。样品的原子力显微镜成像是制备由滴铸分散到新鲜剥离云母基板（等级V-1，电子显微镜科学版），这是然后使其在空气中干燥。在某些情况下，将干燥的云母基板轻轻地冲洗，用丙酮或乙醇中以除去残余的溶剂没有完全蒸发。

3结果与讨论

3.1 氧化石墨

与在以前的文献报道一致氧化石墨，4,12,14的主要质量损失（约30％）发生约200℃，并归因于不稳定的分解氧官能团存在于材料中。也有一个质量损失（约15％）在100℃以下由于去除吸附水和较慢的，稳定的质量损失（约20％）比整个温度范围300℃多达以上，可以分配去除更稳定的氧官能团。氧化石墨的氧化的强度也证实了XPS：为质朴的石墨调查光谱和石墨氧化物（未示出）产生的99 C /ö原子比和2.3，不对称呈现Ç1S波段原始石墨的特点，转变成一个复杂的带表示两个最大值为石墨化氧。审查的XPS数据在文献中对石墨可用氧化物揭示了两种了C1秒带的形状通常是报告：（1）广Ç1S波段，对明显的非对