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。     

KH-570功能化石墨烯的制备与表征

采用Hummers法对天然石墨进行氧化处理制备了氧化石墨烯,通过γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷与氧化石墨烯反应得到功能化氧化石墨烯,然后在水合肼的作用下制备了功能化石墨烯。未烘干的功能化石墨烯在超声处理下,能稳定分散在体积比为9∶1(V/V)的乙醇/水、丙酮/水或N,N-二甲基甲酰胺/水的混合溶剂中。用傅立叶变换红外光谱、原子力显微镜、X射线光电子能谱及X射线衍射对样品结构、形貌进行了分析。结果表明,KH-570上的硅氧烷与氧化石墨烯上的羟基发生了反应,经水合肼还原后,功能化石墨烯的无序度增加,层间距也比功能化氧化石墨烯的缩小了。功能化石墨烯在DMF/水中呈高度剥离状态,片层厚度为1.1～2.3 nm。     

液相剥离石墨烯的电化学传感应用

石墨烯是一种新型二维碳材料,其比表面积大、导电性好、催化活性高、吸附能力强,是构筑高性能电化学传感器的理想材料。相对于石墨烯常用的氧化还原制备方法而言,液相剥离法具有过程简单、可控性强、高效环保以及对石墨烯结构破坏小等特点,在电化学传感领域备受关注。基于本课题组及国内外学者近年来的相关工作,本文重点综述了三种液相剥离石墨烯制备方法的原理,包括超声剥离、液相球磨剥离和电化学剥离,以及他们在电化学传感中的应用进展,并对未来研究进行了展望。     

石墨烯/铂复合材料的制备及电化学性能研究

采用Hummers法制备氧化石墨,再超声分散于去离子水中形成稳定的氧化石墨分散液。分散液与氯铂酸溶液混合后,氧化石墨烯还原氯铂酸产生大量铂纳米粒子,铂粒子被牢固地锚在氧化石墨烯片上,最后将所得到的氧化石墨烯/铂复合物置于管式炉中在Ar/H2气氛中于800℃下热裂解制备出石墨烯/铂复合材料。形貌与纳米结构分析表明,氧化石墨已被彻底还原成石墨烯,铂纳米粒子均匀分散在褶皱的石墨烯纳米片间。电化学阻抗研究进一步揭示复合材料的电子转移阻抗明显小于石墨烯,呈示铂纳米粒子掺入石墨烯片层大大改善了导电性。石墨烯/铂复合材料应用于对苯二酚的电化学检测,检出限达1.6×10-7mol.L-1,这说明该材料具有优异的电催化性能。     

微波固相法快速制备氮掺杂石墨烯

以鳞片石墨为原料, 首先通过Hummers法制备氧化石墨, 再将洗涤至中性的氧化石墨分散液与乙二胺反应得到功能化石墨烯。干燥后的功能化石墨烯在微波辐照下能瞬间产生高热, 促使接枝的乙二胺分子分解并实现对石墨烯原位掺杂制备出氮掺杂石墨烯。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)对样品的形貌、结构和组成进行了表征。结果表明:该合成途径能成功实现对氧化石墨烯的还原和掺杂, 所合成的氮掺杂石墨烯呈现透明绢丝状结构。     

微波固相法快速制备氮掺杂石墨烯

以鳞片石墨为原料,首先通过Hummers法制备氧化石墨,再将洗涤至中性的氧化石墨分散液与乙二胺反应得到功能化石墨烯。干燥后的功能化石墨烯在微波辐照下能瞬间产生高热,促使接枝的乙二胺分子分解并实现对石墨烯原位掺杂制备出氮掺杂石墨烯。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)对样品的形貌、结构和组成进行了表征。结果表明:该合成途径能成功实现对氧化石墨烯的还原和掺杂,所合成的氮掺杂石墨烯呈现透明绢丝状结构。     

功能型单层石墨烯的热剥离法制备及其超电容性能

以氧化石墨(GO)作为前驱体,在两种不同热剥离温度下制备了两类功能型单层石墨烯.其中第一类功能型单层石墨烯通过在较低温度及空气气氛下热剥离GO制备;第二类功能型单层石墨烯通过在氮气保护下高温热剥离GO得到;利用氮气吸附-脱附方法测定了两类样品的比表面积,利用电化学测试方法分析了其超电容性能.结果表明,通过低温热剥离的方式即可以有效剥离GO;两类样品均具有较高的BET比表面积.低温热剥离GO所制备的功能型单层石墨烯在2 mol/L KOH体系中的最大比电容值约为220 F/g;而通过高温热剥离GO所制备的功能型单层石墨烯虽然同样具有较高的BET比表面积,但其最大比电容值下降至约150 F/g.这表明通过低温热剥离GO所制备的功能型单层石墨烯具有更优异的超电容性能.     

石墨烯薄膜的制备和结构表征

采用氧化还原法制备了石墨烯胶状悬浮液, 通过真空抽滤获得了石墨烯薄膜. 利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、拉曼(Raman)光谱、粒度分析和扫描探针显微镜(SPM)等研究了石墨烯薄膜制备过程中各阶段产物的晶体结构、粒度及分子光谱特征变化. FTIR分析结果表明, 石墨在氧化过程中结构层键合大量含氧官能团, 还原后结构层表面仍残存有部分稳定的含氧官能团. XRD结果表明, 石墨氧化后衍射峰向小角度偏移、宽化, 原有石墨峰消失. 在成膜过程中氧化石墨烯形成凝聚体,而石墨烯形成絮凝体. 粒度分析和SPM测试分析结果表明, 氧化石墨烯在水中粒径分布呈拖尾峰形, 分布范围较宽. 石墨烯在水中的粒径成单峰分布, 分布范围较窄、对称性较好且平均粒径较小. Raman测试结果表明, 石墨在氧化和还原过程中, D、G峰逐渐宽化, I_D/I_G逐渐增强, 样品无序度增加. 在以上分析的基础上对石墨烯制备过程的结构特征进行了归纳总结.     

羧基功能化石墨烯及其壳聚糖复合膜的制备与性能

采用Hummers法制备氧化石墨,化学分散法制备羧基功能化石墨烯。采用FT-IR、XRD对产物进行表征;用静电自组装法将其与壳聚糖（CS）复合制备复合膜,对复合膜的荧光性能及其修饰玻碳电极对葡萄糖的电催化氧化还原性能进行了研究。结果表明：制备的功能化石墨烯含有羧基;壳聚糖-石墨烯复合膜具有光致发光性能;复合膜修饰玻碳电...     

还原态氧化石墨烯载Pd纳米催化剂对甲酸氧化的电催化性能

采用改进的Hummers法氧化石墨后,对其超声剥离成氧化石墨烯水溶液,继之通过乙二醇还原Pd金属离子和氧化石墨烯,得到了还原态氧化石墨烯（RGO）负载Pd纳米催化剂,并用于甲酸的电催化氧化.透射电子显微镜和X射线衍射结果显示：负载于RGO上的Pd粒子平均粒径为3.8nm,其优先在RGO的褶皱和边缘处生长.电化学测试表明：RGO上残存的含氧基团降低了Pd催化剂受CO毒化的程度,Pd/RGO催化剂表现出了较商业化Pd/C更高的电催化活性和更好的稳定性.