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。     

氧化石墨超声时间对三维还原氧化石墨烯结构及超级电容性能的影响

将氧化石墨凝胶超声不同时间制备氧化石墨烯(GO)溶胶,再以GO溶胶为前驱体采用一步水热法制备了三维还原氧化石墨烯(3DRGO),采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试等研究了不同超声时间对3DRGO的形貌、结构及超级电容性能的影响.结果表明,当超声时间不超过120 min时,经水热反应后还原氧化石墨烯均能形成稳定的三维结构,但随着超声时间的延长,三维结构尺寸不断减小,强度增加,样品的内部结构也由片状逐渐向多孔网状转化;当超声时间超过120 min时,还原氧化石墨烯虽具有网状结构,但在宏观上不利于形成稳定的三维结构.电化学测试结果表明,经不同超声时间所制备的还原氧化石墨烯均表现出较好的超级电容性能,其中超声时间为120 min时制备的3DRGO具有更均匀的多孔网状结构,表现出了最佳的超级电容性能,在1 A/g电流密度下其比电容可达328 F/g,即使在20 A/g的大电流密度条件下,其比电容仍可高达240 F/g.     

氧化石墨烯的制备及低温还原研究

用化学氧化法制备氧化石墨烯,并用一种新型的低温化学还原方法将其还原。用红外光谱、拉曼光谱、X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜、原子力显微镜等多种手段表征氧化石墨烯和还原氧化石墨烯的结构与形貌。结果表明,即使在低温条件下,壳聚糖依然可以还原氧化石墨烯,从而预示,在低温条件下,能够在同一环境下实现氧化石墨烯的还原和石墨烯的应用。     

正丁基氯化镁还原氧化石墨烯的表征

采用元素分析、红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱、X射线衍射(XRD)、固体¹³C核磁共振波谱(¹³C MAS NMR)、热失重分析(TGA)、导电率测试以及原子力显微镜(AFM)等手段对正丁基氯化镁还原的氧化石墨烯进行了系统的表征. 结果表明, 正丁基氯化镁可以有效还原氧化石墨烯, 随着其用量的增加, 氧化石墨烯还原程度增加, 碳/氧摩尔比升高, 片层间距减小, 热稳定性增强, 导电率增大(可达3.6×10² S/m). 还原后部分氧化石墨烯片层发生聚集.     

氧化石墨烯水热还原前后的发光光谱

分别采用改进Hummers方法和水热还原法制备了氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(RGO)。 GO和RGO经透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、红外光谱(IR)、荧光发射和激发光谱(PL、PLE)等技术手段进行了表征。 荧光发射光谱显示,氧化石墨烯(GO)在可见光的激发下可以得到波长在600~800 nm范围内的宽谱近红外荧光。 通过比较氧化石墨烯水热还原前后的光谱变化,发现氧化石墨烯近红外荧光起源于氧化石墨烯的表面含氧基团,如C=O、COOH。 近红外荧光穿透性好、对生物组织损坏小,非常适合于生物成像,预示着氧化石墨烯在生物成像方面的应用潜力。     

自由基反应诱导的溴功能化还原氧化石墨烯的制备

以氧化石墨烯(GO)为原料,N-溴代丁二酰亚胺(NBS)为溴代试剂,硫代硫酸钠为还原剂,通过羧基化、溴化和还原三步法,采用自由基反应的方式制备了溴功能化还原氧化石墨烯(rGOBr).通过X射线衍射、扫描电子显微镜、红外光谱、拉曼光谱以及X射线光电子能谱等手段对rGOBr的结构、微观形貌和元素组成进行了表征.结果表明,溴元素以共价键的形式分布在石墨烯表面.本方法原料来源广泛、操作简单且条件温和,为石墨烯的溴功能化提供了一条新途径.     

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。     

氧化石墨烯-海藻酸钠-壳聚糖复合支架的制备及表征

通过冷冻干燥技术, 将不同量的氧化石墨烯与海藻酸钠和壳聚糖复合, 构建复合支架材料. 研究了不同的氧化石墨烯含量(质量分数0, 0.3%, 0.5%, 0.7%, 1%)对支架材料微观结构、 孔隙率、 溶胀比、 体外降解性能、 机械性能及生物相容性的影响, 以确定复合支架中最佳氧化石墨烯含量. 研究结果表明, 复合材料呈固态海绵状结构, 具有一定的形态可塑性; 扫描电子显微镜观察发现, 各组支架均为三维网状结构, 随着氧化石墨烯含量的增加, 孔隙尺寸逐渐降低, 孔壁厚度增加, 孔隙尺寸在140~240 μm之间; 随氧化石墨烯含量的增加, 复合支架溶胀比和体外降解速率逐渐降低, 而机械强度明显增强; 体外细胞毒性显示, 当氧化石墨烯质量分数为0.3%时, 细胞存活率最高, 而当氧化石墨烯含量增高时, 细胞活性会被明显抑制, 造成细胞死亡. 因此, 氧化石墨烯在复合支架中最佳含量为0.3%.     

水溶液体系中氧化石墨烯的γ射线辐射还原

石墨烯是一种碳原子以二维蜂窝状晶格结构构成的单片层材料,由于其具有优异的电传导性、力学性能和热传导性近年来受到广泛关注.本文采用γ射线辐射技术分别处理水溶液和对苯二胺(PPD)水溶液中的氧化石墨烯(GO),得到辐照还原氧化石墨烯(RGO)和胺基化修饰的还原氧化石墨烯(RGON).通过傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼(Raman)光谱、X射线衍射(XRD)和热失重分析(TGA)等表征分析产物的化学结构和元素组成;通过四探针测试仪和接触角测量仪研究产物的导电性能和亲水性.实验结果表明,在水溶液及PPD水溶液中γ射线辐射均可高效还原GO,还原后得到的RGO和RGON电导率均显著增大.PPD的胺基在辐射还原过程中还可以修饰到石墨烯的表面,因此RGON的亲水性比RGO好,但胺基的存在会干扰石墨烯表面π电子的传导,导致其电导率下降.     

部分还原氧化石墨烯的制备、 表征及对人宫颈癌HeLa细胞的体外杀伤作用

以氧化石墨烯(GO)为原料, 利用温和方法制备了3种不同还原程度的部分还原氧化石墨烯pRGO₁, pRGO₂和pRGO₃(pRGO_1—3)； 利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 拉曼光谱(Raman)、 X 射线光电子能谱(XPS)、 紫外-可见光谱(UV-Vis)、 透射电子显微镜(TEM)和 EDS能谱对其结构和形貌进行了表征. 细胞实验结果表明, 无激光照射下pRGO_1—3本身的细胞毒性较低; 近红外(NIR)激光照射下pRGO_1—3通过光热和光毒性双重作用杀伤肿瘤细胞. 实验结果显示了pRGO 在肿瘤光热疗法和光动力疗法领域的应用潜力.     

石墨烯-氧化钨复合薄膜的制备及界面电子传输特性

以偏钨酸铵为钨源、聚乙烯吡咯烷酮为连接剂,采用浸渍提拉法制备了石墨烯-氧化钨复合薄膜,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及Raman光谱等方法对复合结构材料进行了表征,并利用光电流测试、交流阻抗谱(EIS)、瞬态光电流谱和强度调制光电流谱等方法,研究复合薄膜电极在光电作用下界面上的载流子转移过程和电荷传输行为.结果表明,组成薄膜的氧化钨纳米颗粒与石墨烯充分复合,光电性能显著提高;与石墨烯复合后,薄膜的瞬态时间常数增大,电子-空穴对寿命延长;电子传输时间减少,为纯氧化钨薄膜的47.5%.     

石墨烯-氧化钨复合薄膜的制备及界面电子传输特性

以偏钨酸铵为钨源、聚乙烯吡咯烷酮为连接剂,采用浸渍提拉法制备了石墨烯-氧化钨复合薄膜,利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）及Raman光谱等方法对复合结构材料进行了表征,并利用光电流测试、交流阻抗谱（EIS）、瞬态光电流谱和强度调制光电流谱等方法,研究复合薄膜电极在光电作用下界面上的载流子转移过程和电荷传输行为. 结果表明,组成薄膜的氧化钨纳米颗粒与石墨烯充分复合,光电性能显著提高;与石墨烯复合后,薄膜的瞬态时间常数增大,电子-空穴对寿命延长;电子传输时间减少,为纯氧化钨薄膜的47.5%.     

Preparation of chloro-functionalized reduced graphene oxide by silver-catalyzed radical reaction

It is well-known that chemical functionalization of graphene has the great significance.We report the development of a new synthesis method of chloro-functionalized reduced graphene oxide(rGOCl).The rGOCl was prepared by radical reaction,and treatment of carboxyl graphene oxide(GOCOOH) with N-chlorosuccinimide(NCS) at 90℃ for 10 h under an atmosphere of nitrogen,using silver nitrate as catalyst.The morphologies and structures of the prepared materials were investigated by field-emission scanning electron microscopy(FESEM),X-ray diffraction(XRD),Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR),Raman spectroscopy and the thermal gravimetric.Results indicated that the rGOCl can be readily obtained from graphene oxide(GO) in three steps.     

改进液相氧化还原法制备高性能氢气吸附用石墨烯

以液相氧化还原法为基础,并在分散剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作用下制备得到高质量石墨烯,有效避免了在此过程中石墨烯大量团聚的现象.采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(RS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)等分析手段对石墨烯样品进行了表征.XRD结果体现了石墨、氧化石墨和石墨烯晶型结构的区别;SEM和TEM结果显示石墨烯呈网格状,表面平整,缺陷少;AFM分析表明样品中单层石墨烯厚度约为1.3 nm,同时也存在少许双层结构.BET测试法得到石墨烯的比表面积高达1206 m2·g-1,考察了石墨烯在高压条件下对H2的吸附性能.通过对方法改进前后所制备的石墨烯样品进行比较,结果表明,十二烷基苯磺酸钠的加入有效地减小了石墨烯的大量团聚,且得到了高质量的石墨烯.在25和55℃条件下,高质量石墨烯对氢气的吸附量分别达到1.7％(w)和1.1％(w),比之前研究结果有了很大提高.     

混合相二氧化钛石墨烯复合物的制备及光催化性能

采用水热法制备了一系列混合相二氧化钛-石墨烯(TrG)的复合物, 并考察了石墨烯的用量对降解污染物甲基蓝的影响. 采用X射线衍射(XRD), 傅里叶变换红外(FTIR)光谱, 高分辨透射电镜(HRTEM), 拉曼光谱,紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS), X射线光电子能谱(XPS)和比表面积(BET)等测试手段对复合材料进行表征. 结果表明, 复合材料中TiO₂为棒状的混合相, 且均匀分散在石墨烯表面. 由于石墨烯良好的吸光性能,混合相中的异质结和复合物的良好光电子传递能力以及高比表面积, 复合材料具有较高的光催化活性. 所制备的TrG复合材料在紫外光下降解甲基蓝的催化活性均高于纯TiO₂, 且当氧化石墨烯负载量为0.8% (质量分数,w)时, 复合材料TrG具有较好的光催化效果.     

石墨烯负载MnOx催化剂的制备及其低温NH3-SCR活性

通过改进的Hummers法合成氧化石墨烯(GO), 随后采用水热法制备石墨烯负载锰氧化物(MnO_x/GR)催化剂. 考察了催化剂的低温NH₃选择性催化还原(NH₃-SCR)去除NO_x的性能, 并通过傅里叶变换红外(FTIR)光谱, 拉曼(Raman)光谱, X射线衍射(XRD), 透射电镜(TEM), N₂吸附-脱附, X射线光电子能谱(XPS)及H₂程序升温还原(H₂-TPR)等多种表征手段对催化剂的结构及NH₃-SCR性能进行分析. 结果显示, 不同MnO_x负载量的MnO_x/GR催化剂均展现了较好的低温SCR催化活性, 且在负载量为20%(w)时活性最优. 表征分析结果表明, 制备的GO表面含有丰富的含氧基团, 锰可以通过与含氧基团结合而负载到GO上; MnO_x/GR催化剂中MnO_x以纳米颗粒分散于石墨烯载体表面, 且以多种氧化物(MnO、Mn₃O₄和MnO₂)共同存在; 负载量为20%(w)的催化剂中高价锰和表面吸附氧含量增加, 低温区氧化还原能力增强及活性位点数量增加是其SCR活性提高的原因.     

石墨烯纸的制备及电容特性

利用未经任何分散处理的氧化石墨溶胶在气-液界面自组装得到氧化石墨纸(ϕ=10 cm), 将氧化石墨纸在不同温度下用水合肼蒸气还原制得石墨烯纸. 采用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)、 Raman光谱、 X射线光电子能谱(XPS)及氮吸附对还原前后样品的微观结构、 表面特性、 元素组成及比表面积进行了表征, 在此基础上考察了还原处理及还原温度对材料电容特性的影响. 结果表明, 在150 ℃下还原氧化石墨纸得到的石墨烯纸具有较好的电化学电容特性, 其在1000 mA/g恒定充放电电流密度下, 6 mol/L KOH电解质溶液中的质量比电容达到142 F/g, 1000次充放电循环后电容保持率为99.8%.     

Sorption of Sr(II) onto nanocomposites of graphene oxide-polymeric matrix

The simple method for preparation of nanocomposites of graphene oxide or carboxylated graphene oxide on polystyrene matrix and graphene oxide on PA66 matrix were developed and structures of nanocomposites were characterized by X-ray diffraction, infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, high-resolution scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and scanning transmission electron microscopy. The nanocomposites were investigated for radiostrontium removal from aqueous solutions. The Sr(II) sorption was dependent on pH and ionic strength at pH < 7. The Sr(II) equilibrium data were fitted by Freundlich and Langmuir models. The nanocomposites prepared were evaluated as suitable for the radiostrontium removal from contaminated wastewater.