氧化石墨烯的制备

一：怎么制备氧化石墨烯

二：石墨烯的制备原理及方法

石墨烯的制备原理：

首先，将石墨粉末氧化，变成“氧化石墨（GO）”粉，然后将其混入水溶液中，均匀涂在PET（polyethyleneterephthalate）等薄膜基板上注。

石墨烯的制备方法如下：

1、 氧化石墨烯化学气相沉积法

中国科学院物理研究所硕士生蔡伟伟在萨斯大学奥斯丁分校罗德尼教授和陈东敏研究员的指导下，开发出一套化学气相沉积仪（CVD），他们用这套沉积仪首次制备出高品质13C同位素合成石墨。该方法能够有效减少石墨烯岛的数量，显著加快石墨烯的生长速度和提高石墨烯的质量。化学气相沉积法将对石墨烯的应用研究起到极大地推动作用，美国的哥伦比亚大学教授菲利普金就曾表示气相沉积法是制备大尺寸、高质量石墨烯最省钱的方法之一，这对于量化生产石墨烯具有相当重大的意义。

2、 取向附生法

氧化石墨烯取向附生法的工作原理是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯。其生成步骤是：先让碳原子在1150℃下渗入钌，经冷却到850℃后，大量碳原子就浮出表面，最终长成第一层石墨烯。当第一层覆盖80%后，第二层随之生长。利用这种方法制备石墨烯不仅需要稀有金属钌，而且得出的石墨烯薄片厚度不匀，效果往往达不到预期的效果。

3、微机械分离

此方法是获得石墨烯最普通的方法，可以直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来。2004 年，英国的KostyaNovoselov 就是用机械分离法首次制备出单层石墨烯，用此方法制备出的石墨烯可以在埂界环境下稳定存在。这种方法的优点是过程简单，氧化石墨烯缺点是不易控制产物的尺寸，难以获得所需要的石墨烯。

三：Hummers法制备氧化石墨烯，各种试剂的作用都是怎样的

氧化石墨烯的制备方法：

方法一： 由天然鳞片石墨反应生成氧化石墨，大致分为 3 个阶段，低温反应：在冰水浴中放入大烧杯，加入 110mL 浓 H2SO4，在磁力搅拌器上搅拌，放入温度计让其温度降至 4℃左右。加入 -100目鳞片状石墨 5g，再加入 2.5g NaNO3，然后缓慢加入 15g KMnO4，加完后记时，在磁力搅拌器上搅拌反应 90min，溶液呈紫绿色。中温反应：将冰水浴换成温水浴，在磁力搅拌器搅拌下将烧杯里的温度控制在32~40℃，让其反应 30 min，溶液呈紫绿色。高温反应：中温反应结束之后，缓慢加入 220mL 去离子水，加热保持温度 70~100℃左右，缓慢加入一定双氧水 (5 %)进行高温反应，此时反应液变成金黄色。反应后的溶液在离心机中多次离心洗涤，直至 BaCl2检测无白色沉淀生成，说明没有 SO42-的存在，样品在 40~50℃温度下烘干。H2SO4、NaNO3、KMnO4一起加入到低温反应的优点是反应温度容易控制且与 KMnO4反应时间足够长。如果在中温过程中加入 KMnO4，一开始温度会急剧上升，很难控制反应的温度在 32~40℃。技术路线图见图 1。

方法二：Hummers 方法 采用Hummers 方法[5]制备氧化石墨。具体的工艺流程在冰水浴中装配好250 mL 的反应瓶加入适量的浓硫酸搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g 硝酸钠的固体混合物再分次加入6 g 高锰酸钾控制反应温度不超过20℃搅拌反应一段时间然后升温到35℃左右继续搅拌30 min再缓慢加入一定量的去离子水续拌20 min 后并加入适量双氧水还原残留的氧化剂使溶液变为亮黄色。 趁热过滤并用5%HCl 溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止。最后将滤饼置于60℃的真空干燥箱中充分干燥保存备用。

方法三：修正的Hummers方法 采用修正的Hummers方法合成氧化石墨，如图1中(1)过程。即在冰水浴中装配好250 mL的反应瓶，加入适量的浓硫酸，磁力搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g硝酸钠的固体混合物，再缓慢加入6 g高锰酸钾，控制反应温度不超过10 ℃，在冰浴条件下搅拌2 h后取出，在室温下搅拌反应5 d。然后将样品用5 %的H2SO4（质量分数）溶液进行稀释，搅拌2 h后，加入6 mL H2O2，溶液变成亮黄色，搅拌反应2 h离心。然后用浓度适当的H2SO4、H2O2混合溶液以及HCl反复洗涤、最后用蒸馏水洗涤几次，使其pH~7，得到的黄褐色沉淀即为氧化石墨(GO)。最后将样品在40 ℃的真空干燥箱中充分干燥。将获得的氧化石墨入去离子水中，60 W功率超声约3 h，沉淀过夜，取上层液离心清洗后放入烘箱内40 ℃干燥，即得片层较薄的氧化石墨烯，如图1中(2)过程。

方法四：超声辅助Hummers法制备氧化石墨烯 该方法主要包含了低温、中温、高温3个反应阶段。研究表明[8]：低温反应主要发生硫酸分子在石墨层间插层；中温反应主要发生石墨的深度氧化；高温反应过程则主要发生层间化合物的水解反应。低温反应插层充分，中温反应深度氧化完全，高温反应水解彻底，是获得层间距较大氧化石墨的有效途径之一，这种层间距较大的氧化石墨不仅有利于其他分子、原子等插入层间形成氧化石墨插层复合材料，而且易于被剥离成单层氧化石墨，为......余下全文>>

四：如何制备高浓度的氧化石墨烯溶液

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。

五：制备出来的氧化石墨烯是什么状态的

现在制备氧化石墨烯新方法层出不穷，大体上分为自顶向下剖分的方法和自底向上从头合成的方法（Tang-Lau法）两大类。前者的思路是拆分鳞片石墨等制备氧化石墨烯，以传统三方法Brodie法、Staudenmaier法、Hummers法及其它们的改进方法为代表，

六：石墨烯制备

1．1微机械剥离法

石墨烯最早是通过微机械剥离法制得的。2004年，曼彻

斯特大学Geim等[1]用胶带从石墨上剥下少量单层石墨烯片，

成为石墨烯的发现者，并引发了新一波碳质材料的研究热潮。

该法虽然可以获得质量较好的单层和双层石墨烯，能部分满

足实验室的研究需要，但产量和效率过低，高质量的石墨烯的

规模制备成为人们追求的目标。

1．2氧化石墨还原法

近年来，人们不断的探索新方法以提高石墨烯的产量，其

中氧化还原法由于其稳定性而被广泛采用。这种方法首先制

备氧化石墨∞]，先将石墨粉分散在强氧化性混合酸中，例如浓

硝酸和浓硫酸，然后加入高锰酸钾或氯酸钾强等氧化剂得到

氧化石墨，再经过超声处理得到氧化石墨烯，最后通过还原得

到石墨烯。

然而，氧化过程会导致大量的结构缺陷，这些缺陷即使经

1100℃退火也不能完全被消除，仍有许多羟基、环氧基、羰基、羧基的残留。缺陷导致的电子结构变化使石墨烯由导体转为半导体，严重影响石墨烯的电学性能，制约了它的应用。但是

含氧基团的存在使石墨烯易于分散在溶剂中，且使石墨烯功

能化，易于和很多物质反应，使石墨烯氧化物成为制备石墨烯

功能复合材料的基础。1．3石 墨层间化合物途径

石墨插层复合物是以天然鳞片石墨为原料，通过在层间

插入非碳元素的原子、分子、离子甚至原子团使层间距增大，

层间作用力减小，形成层间化合物。有人曾在膨胀石墨中加

入插入剂，并利用热振动或酸处理使它部分剥离，从而得到石

墨片或石墨烯[6-8]。但该法得到的石墨烯大小不一，尺寸难以

控制。

如果某种溶剂与单层石墨的相互作用超过石墨层与层之

间的范德华力，那么即可通过嵌入溶剂将石墨层剥离开。Li

等通过热膨胀使石墨层间距增大，再用发烟硫酸插层进一步

增大层间距，最后加入四丁基氢氧化铵，经超声、离心得到稳

定分散在有机溶剂中的石墨烯[9]。借鉴分散碳纳米管的方

法，在极性有机溶剂中超声处理石墨粉也可以得到多层(<5)的石墨烯。Lotya等通过在水一表面活性剂中超声剥离石墨，

得到稳定的石墨烯悬浮液[1…。

与氧化石墨法相比，石墨插层化合物途径制得的石墨烯

结构缺陷少，质量高，但是有机溶剂和表面活性剂难以完全除

去，影响石墨烯的电学性能，而且部分有机溶剂价格昂贵。

1．4沉积生长法

沉积生长法通过化学气相沉积在绝缘表面(例如SiC)或

金属表面(例如Ni)生长石墨烯，是制备高质量石墨烯薄膜的

重要手段。有研究者通过对Si的热解吸附，实现了在以si终

止的单晶6H—SiC的(0001)面上外延生长石墨烯膜或通过真

空石墨化在单晶SiC(0001)表面外延生长石墨烯。Hannon

等[11]在SiC表面上外延生长了石墨烯膜，但是由于SiC在高

温下易发生表面重构，导致表面结构复杂，难以获得大面积、

厚度均一的石墨烯膜。Emtsev等[12]在氩气中通过前位石墨

化在si终止的SiC(0001)表面制备出了单层石墨烯薄膜，薄

膜的厚度和质量都有所提高。

近年来，以金属单晶或薄膜为衬底外延生长石墨烯膜的

研究取得很大进展。Sutter等[13]在Ru(0001)表面逐层控制地外延生长了大面积的石墨烯膜，制备过程中，首层石墨烯与

金属作用强烈，而从第二层起就可以保持石墨烯固有的电子

结构和性质。Coraux等[14]利用低压气相沉积法在Ir(111)表

面生长了单层石墨烯膜。采用类似的方法，在Cu箔表面也能

制备出大面积、高质量石墨烯膜，而且主要为单层石墨烯。而

韩国科学家则在多晶Ni薄膜上外延生长了石墨烯膜[1…，他们

先在si-......余下全文>>

七：氧化石墨烯的制备比较传统的化学方法有几种

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米，因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量

八：怎么将石墨烯氧化成氧化石墨烯

1、Hummers 法 具体的工艺流程：

在冰水浴中装配好250 mL 的反应瓶加入适量的浓硫酸搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g 硝酸钠的固体混合物；

再分次加入6 g 高锰酸钾控制反应温度不超过20℃搅拌反应一段时间然后升温到35℃左右继续搅拌30 min再缓慢加入一定量的去离子水续拌20 min 后并加入适量双氧水还原残留的氧化剂使溶液变为亮黄色。

趁热过滤并用5%HCl 溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止。最后将滤饼置于60℃的真空干燥箱中充分干燥保存备用。

2、Hummers方法

具体的工艺流程：

在冰水浴中装配好250 mL的反应瓶，加入适量的浓硫酸，磁力搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g硝酸钠的固体混合物，再缓慢加入6 g高锰酸钾，控制反应温度不超过10 ℃，在冰浴条件下搅拌2 h后取出，在室温下搅拌反应5 d。

将样品用5 %的H2SO4（质量分数）溶液进行稀释，搅拌2 h后，加入6 mL H2O2，溶液变成亮黄色，搅拌反应2 h离心。然后用浓度适当的H2SO4、H2O2混合溶液以及HCl反复洗涤；

最后用蒸馏水洗涤几次，使其pH~7，得到的黄褐色沉淀即为氧化石墨(GO)。将样品在40 ℃的真空干燥箱中充分干燥。

获得的氧化石墨入去离子水中，60 W功率超声约3 h，沉淀过夜，取上层液离心清洗后放入烘箱内40 ℃干燥，即得片层较薄的氧化石墨烯。