氧化程度对氧化石墨结构与阳离子交换容量的影响

通过改进hummers法制备了不同氧化程度的氧化石墨。采用XRD、FTIR及XPS等对不同氧化程度氧化石墨样品的结构特征、含氧官能团种类与含量及阳离子交换容量进行表征。结果表明,石墨经氧化后结构层上键入羟基(C-OH)、环氧基(C-O-C)和羧基(-COOH)等含氧官能团;随氧化程度的增加,石墨结构逐渐全部转化为氧化石墨结构,C-O-C和-COOH的含量逐渐增大,而C-OH的含量先增大后略有减小,阳离子交换容量也表现为先增大后减小,对应的最大值分别为1.70、3.80和4.50 mmol·g^-1;氧化石墨碳平面上C-OH发生去质子化反应在层间产生H⁺,其他阳离子与之交换进入GO层间域,C-OH的含量是影响氧化石墨阳离子交换容量的主要因素,随C-OH含量的增加,氧化石墨样品的阳离子交换容量增大。     

氧化程度对氧化石墨烯a-b轴结构及电学性能的影响

采用改进的Hummers法及超声分散等后续处理制备不同氧化程度的氧化石墨烯样品。用XPS、XRD、AFM、UV-Vis及四探针测试仪对样品官能团变化规律、结构、形貌特征以及电学性能进行表征分析。结果表明,氧化石墨烯在超声波的作用下水相条件下可达单层分散,单层氧化石墨烯厚度约为1.4 nm:成膜过程中,在氢键力的作用下氧化石墨烯片层沿c轴重叠形成层状凝聚体,结构有序度较好;随氧化剂(KMn O4)用量增加,碳层平面上含氧官能团含量持续增加,特别是羟基官能团(C-OH)含量的增加,使a-b轴方向最大底面间距(d100和d110)一直增大,直至KMn O4用量达4.0 g时,部分C-OH水解,导致d100与d110略有减小;碳层平面上含氧官能团尤其是环氧官能团(C-O-C)含量的增加,使样品带隙宽度逐渐增大,导电性能越来越差。     

氧化石墨的谱学表征及分析

采用改进的Hummers法,通过改变氧化剂用量获得不同氧化程度的氧化石墨,用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)对产物进行结构和谱学特性的表征,并结合数学分析软件对部分红外和拉曼数据进行分峰拟合。结果表明,石墨经氧化后形成了含有C-OH、-COOH和C-O-C等官能团的石墨层间化合物;氧化剂用量较少时,石墨片层插层氧化不完全,产物的结构中仍存在未被氧化的原石墨周期性结构;随着氧化剂用量的增加,氧化石墨产物的XRD图中原石墨(002)衍射峰逐渐消失,结构中含氧官能团的量逐渐增加,产物的亲水性也逐渐增强;通过对红外光谱的拟合发现,氧化石墨样品在3 198 cm^-1附近有一个红外吸收峰,应归属于C-OH中OH的伸缩振动;随着氧化剂用量的增加,所得氧化石墨产物的拉曼光谱中D峰与G峰的强度积分比R(I_D/I_G)逐渐增大,产物结构中sp²平面域的平均尺寸逐渐减小。     

不同氧化程度氧化石墨烯的制备及湿敏性能研究

基于氧化石墨烯具有多种含氧官能团和极大的比表面积,研究了不同氧化程度氧化石墨烯的湿敏性能。采用改进的Hummers法制备不同氧化程度的氧化石墨,经过超声分散制备氧化石墨烯水相分散液后,制成氧化石墨烯薄膜湿敏元件。采用X射线衍射、原子力显微镜、红外光谱、拉曼光谱和X射线光电子能谱对实验样品的结构和谱学特性进行表征。结果表明:石墨经氧化后,底面间距增大为0.9 nm左右;随氧化剂用量的增加,氧化石墨中石墨的衍射峰逐渐消失,石墨相微晶尺寸逐渐减小,O/C原子比逐渐增大,氧化程度逐渐升高;氧化石墨烯在水相分散液中可达单层分散,单层氧化石墨烯厚度约为1.3 nm;氧化石墨烯表面接有-OH、C-O-C、C=O和COOH官能团,且官能团含量随氧化程度的升高而增大;氧化石墨烯薄膜元件在室温下对湿度的响应时间约3 s,灵敏度达99%;在11.3%-93.6%相对湿度范围内,元件的电阻随湿度升高显著减小,较高氧化程度的氧化石墨烯薄膜的电阻对数与相对湿度呈线性变化;氧化程度越高,元件灵敏度越高,响应时间越短。     

过硫酸钾插层膨胀-氧化法制备高阳离子交换容量氧化石墨及表征

以过硫酸钾为插层膨胀剂,高锰酸钾为氧化剂,采用膨胀-氧化一步法制备了具有高阳离子交换容量的氧化石墨(GO)。采用扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱对样品的形貌、结构、含氧官能团的种类及含量进行表征。结果表明,过硫酸钾插层膨胀处理能有效抑制GO的过氧化现象,获得片层更轻薄、氧化程度更均匀的GO。随过硫酸钾用量的增加,GO结构中的羟基与环氧基的相对含量比、羧基的相对含量均增大,GO的阳离子交换容量也随之增大,但当过硫酸钾用量过高,插层膨胀后的石墨浮在浓硫酸表面形成厚层,阻碍了后续氧化剂与样品的充分接触,反而使羟基与环氧基的相对含量比降低,导致阳离子交换容量减小。当过硫酸钾与石墨质量比为5∶1时,获得高氧化程度且氧化均匀的GO,此时羟基与环氧基的相对含量比最高,GO的阳离子交换容量为579.5 mmol/100 g。     

氧化程度对氧化石墨烯a-b轴结构及电学性能的影响

采用改进的Hummers法及超声分散等后续处理制备不同氧化程度的氧化石墨烯样品.用XPS、XRD、AFM、UV-Vis及四探针测试仪对样品官能团变化规律、结构、形貌特征以及电学性能进行表征分析.结果表明,氧化石墨烯在超声波的作用下水相条件下可达单层分散,单层氧化石墨烯厚度约为1.4 nm:成膜过程中,在氢键力的作用下氧化石墨烯片层c轴重叠形成层状凝聚体,结构有序度较好;随氧化剂(KMnO₄)用量增加,碳层平面上含氧官能团含量持续增加,特别是羟基官能团(C-OH)含量的增加,使a-b轴方向最大底面间距(d₁₀₀和d₁₁₀)一直增大,直至KMnO₄用量达4.0 g时,部分C-OH水解,导致d₁₀₀与d₁₁₀略有减小;碳层平面上含氧官能团尤其是环氧官能团(C-O-C)含量的增加,使样品带隙宽度逐渐增大,导电性能越来越差.     

石墨烯的氧化还原法制备及结构表征

采用改进的Hummers法对天然鳞片石墨进行氧化处理制备氧化石墨,经超声分散,然后在水合肼的作用下加热还原制备了在水相条件下稳定分散的石墨烯。用红外光谱、拉曼光谱、扫描探针显微镜和ζ电位仪对样品进行了结构、谱学、形貌和ζ电位分析。结果表明,石墨被氧化后形成以C=O、C-OH、-COOH和C-O-C等官能团形式的共价键型石墨层间化合物;还原氧化石墨后形成的石墨烯表面的官能团与石墨的相似;氧化石墨烯和石墨烯在碱性条件下可形成稳定的悬浮液;氧化石墨烯和石墨烯薄片厚度为1.0nm左右。考察并讨论了还原过程中水合肼用量,体系反应温度、反应时间和pH值对石墨烯还原程度和稳定性的影响,水合肼用量和反应时间是影响石墨烯还原程度的主要因素;pH值对石墨烯稳定性影响较大。     

氧化环境和比例对改性Hummers法制备GO的影响

以鳞片石墨(GR)为原料,采用改性Hummers法液相氧化方法制备氧化石墨,通过超声剥离的方法剥离出片状的氧化石墨烯(GO),探讨了H₂SO₄环境与H₂SO₄+H₃PO₄混酸环境和KMnO₄与GR的比例对GO制备的影响。采用FTIR、UV、TG、XRD、SEM和XPS等分析手段对制备的GO进行分析。结果表明：GO外貌是呈褶皱片状,在片层上主要有C=O、C-OH、-COOH和C-O-C等官能团,以共价键形式存在石墨层间;通过TG与XPS数据分析表明在H₂SO₄ H₃PO₄混酸环境下制备的GO含氧官能团较多,并且(KMnO₄)与鳞片石墨的最佳比例是1:4。     

还原温度对氧化石墨官能团、结构及湿敏性能的影响

基于氧化石墨具有多种官能团,研究了还原温度对氧化石墨结构及湿敏性能的影响。在不同温度下,对改进Hummers法制备的高氧化程度氧化石墨薄膜进行了还原,制备了不同温度条件下还原的氧化石墨薄膜湿敏元件。采用FTIR、XRD和Raman对实验样品的官能团及结构变化属性进行表征分析。结果表明:石墨被氧化后,碳原子结构层上接入-OH、环氧基、C=O和COOH官能团,底面间距增大至0.908 4 nm;利用热还原法制备石墨烯的过程中,随着还原温度的升高,氧化石墨官能团逐渐热解,石墨化区域逐渐恢复但其相对尺寸减小,缺陷增多,氧化石墨的底面间距沿c轴方向由0.908 4 nm逐渐减小到0.450 1nm;且不同温度还原的氧化石墨薄膜的电阻从10.32 MΩ减小至41.1Ω。在11.3%~93.6%相对湿度范围内,不同温度还原的氧化石墨薄膜湿敏元件的电阻随湿度升高而显著减小;氧化石墨还原程度越高,响应时间越长,脱附时间越短;150℃还原的氧化石墨薄膜湿敏元件具有最佳的湿敏性能。     

还原温度对氧化石墨官能团、结构及湿敏性能的影响

基于氧化石墨具有多种官能团,研究了还原温度对氧化石墨结构及湿敏性能的影响。在不同温度下,对改进Hummers法制备的高氧化程度氧化石墨薄膜进行了还原,制备了不同温度条件下还原的氧化石墨薄膜湿敏元件。采用FTIR、XRD和Raman对实验样品的官能团及结构变化属性进行表征分析。结果表明：石墨被氧化后,碳原子结构层上接入-OH、环氧基、C=O和COOH官能团,底面间距增大至0.9084nm;利用热还原法制备石墨烯的过程中,随着还原温度的升高,氧化石墨官能团逐渐热解,石墨化区域逐渐恢复但其相对尺寸减小,缺陷增多,氧化石墨的底面间距沿c轴方向由0.9084nm逐渐减小到0.4501nm;且不同温度还原的氧化石墨薄膜的电阻从10.32MΩ减小至41.1Ω。在11.3%~93.6%相对湿度范围内,不同温度还原的氧化石墨薄膜湿敏元件的电阻随湿度升高而显著减小;氧化石墨还原程度越高,响应时间越长,脱附时间越短;150℃还原的氧化石墨薄膜湿敏元件具有最佳的湿敏性能。     

Cu-Ce/AC吸附-催化剂对所吸附苯酚的催化氧化行为的研究

对活性炭载氧化铜和氧化铈（Cu-Ce/AC）吸附 催化剂在连续吸附-催化氧化苯酚循环过程中的催化氧化活性和失活原因进行了研究。结果表明,Cu-Ce/AC的苯酚吸附性能和催化氧化活性随着吸附 催化氧化循环次数的增加而逐渐降低,经5次循环后,苯酚的初始氧化温度提高约25℃。通过对使用过的Cu Ce/ACs进行XPS、ICP分析, 发现Ce和Cu的流失较小,苯酚残留物覆盖表面Ce和Cu是苯酚催化氧化活性降低的主要原因,残留物主要含有C-O-C和C-OH等官能团。     

Fast and Efficient Removal of Cationic Dye Using Graphite Oxide,Adsorption, and Kinetics Studies

Dye adsorption on graphite oxides, which were prepared by different methods, was compared for the first time. The adsorption process was followed using ultraviolet-visible spectroscopy, while the adsorbents before and after adsorption were characterized using physicochemical and spectroscopic techniques. Surprisingly, we found that higher oxidation degree of graphite oxide resulted in higher adsorption efficiency for methylene blue (MB), while the ultrasonic exfoliation of graphite oxide impaired the adsorption efficiency. Among all samples investigated, graphite oxide prepared by modified Hummers' method (HmGO) before ultrasonic exfoliation exhibited the best adsorption capacity of MB. It is pretty high compared with other reported absorbents for MB. The experiment conditions such as pH, adsorbent dosage, stirring speed and adsorption time on adsorption of MB on graphite oxide, as well as adsorption kinetics and isotherms, were also investigated. The maximum adsorption capacity of graphite oxide is 751.9 mg · g^?1 based on the Langmuir model. [Supplementary materials are available for this article. Go to the publisher's online edition of Journal of Dispersion Science and Technology to view the free supplemental file.]     

Mechanisms of oxygen- and argon-RF-plasma-induced surface chemistry of cellulose

Pure cellulose samples were Ar- and O₂-RF-plasma treated under various external plasma parameter conditions. Plasma induced macromolecular chain and pyranosidic ring cleavage mechanisms are discussed based on survey and high resolution ESCA and ATR-FTIR analysis of cellulose, discharge-exposed cellulose, and discharge-exposed and TFAA and PFPH-derivatized cellulose samples. Analyses have also been made of bothin situ andex situ post plasma oxidation reactions. The new plasma created functionalities were identified and their relative ratios were related to plasma parameters. It was found that Ar plasma treatments initiate reactions mainly associated with the cleavage of C1–C2 linkages leading to the formation of C=O and O-CO-O groups, while O₂-plasma treatments are associated with more intense pyranosidic ring (C-O-C bonds) splitting mechanisms. As a result of our detailed investigation of the high resolution C1s spectra of cellulose and carbohydrates we have reassigned the nonequivalent carbon bond affiliation (C-OH, C-O-C, and C-C) at 285–287 eV. Paper based on the results presented during the workshop of the Engineering Research Center for Plasma-Aided Manufacturing held in Madison, Wisconsin, in Spring 1996.     

双相碳改性硅酸铁锂正极材料研究

以活化的天然石墨为碳源,采用固相辅助回流法成功合成了双相碳改性的Li2FeSiO4复合材料。采用XRD、SEM、HRTEM和Raman光谱分析了Li2FeSiO4/(C+G)复合材料的物相、形貌及其微观结构;并研究了活化石墨用量对Li2FeSiO4/(C+G)复合材料的电化学性能的影响。结果表明:活化石墨以石墨微晶和无定形碳的形态共存于Li2FeSiO4/(C+G)材料中,活化石墨用量为5%时所得样品的首次放电容量较高(170.3 mAh·g-1),循环50次后其容量保持率为88.7%,表现出了良好的电化学性能。