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。     

氧化石墨阳离子交换容量测定过程中结构的变化

氧化石墨(GO)结构层上的碳羟基(―C―OH)和边缘羧基(―COOH)在水介质中发生质子化反应解离出的H+具有阳离子可交换性。实验采用甲醛缩合法测量了GO的阳离子交换容量(CEC),用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱和X射线光电子能谱(XPS)分析测试手段对GO阳离子交换过程中间产物的结构变化进行了分析。结果表明,GO的CEC高达541.48 mmol/100 g。NH_4~+和Ca~(2+)交换后的GO,保持稳定的层状结构,c轴方向层间距分别增大了0.1499和0.2905 nm。NH_4+和Ca~(2+)主要以层间可交换阳离子形式存在于层间域中,并与水分子形成可交换水化阳离子层,部分以[NH_4(H_2O)_6]+和[Ca(H_2O)_6]_2+的形式存在于结构层的边缘附近,共同平衡结构层水解产生的负电荷。     

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。     

氧化石墨：制备及去除阳离子染料的性能

以石墨粉为原料按Hummers氧化法制备氧化石墨,借助X射线衍射仪(XRD)、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法(FTIR)和低温氮吸附-脱附对氧化石墨的结构和形貌进行了表征。结果表明,氧化石墨是不平整的、具有一定层状结构的褶皱片状,在其表面存在着许多含氧的官能团如:环氧基、羟基、羧基。此外还研究了氧化石墨对阳离子染料的吸附性能,结果表明:吸附过程的等温模型符合Langmuir等温式,对甲基紫、甲基绿、中性红这3种阳离子染料的最大饱和吸附量分别为:741,446和368 mg.g-1;对阳离子染料的吸附过程符合二级动力学方程。氧化石墨作为一种吸附剂能有效的去除阳离子染料与其较高的比表面积和与阳离子染料的静电吸引有关。     

H2SO4/HNO3混酸和高铁酸钾体系制备膨胀石墨

以天然鳞片石墨为原料、高铁酸钾为氧化剂、浓硫酸、硝酸为插层剂微波法制备膨胀石墨,通过红外光谱、XRD和SEM对其结构进行表征。探讨了混酸用量、氧化剂用量、混酸比例、插层反应温度、插层反应时间对膨胀效果的影响。结果表明,石墨（g）:高铁酸钾（g）:混酸（mL）为1:0.3:18、V硫酸:V硝酸为2:1、插层反应温度35 ℃、反应时间60 min时,膨胀体积达75 mL/g,比硫酸为插层剂时膨胀体积增长了约87.5%。     

纯水中氧化石墨烯的超声裁剪及机理研究

采用超声在纯水中对氧化石墨烯(GO)进行裁剪, 研究了超声时间对GO片层尺寸、 官能团种类和含量的影响, 探讨了超声裁剪GO的机理. 用原子力显微镜(AFM)和透射电子显微镜(TEM)对产物进行观测, 结果表明, 随着超声时间延长, GO片层平均直径从2000 nm减小至200 nm. 红外光谱(FTIR)、 X射线光电子能谱(XPS)及热分析结果表明, 随着超声时间延长, GO的含氧官能团种类没有变化, 但是GO含氧官能团总量逐渐升高, 其中环氧基团含量逐渐下降, 羧酸基团含量变化不大, 酮基基团含量先下降后升高, 羟基基团含量先升高后下降, 醚氧基团含量逐渐升高. 基于上述结果, 提出了超声裁剪GO的机理: 超声空化现象形成的剪切力使GO的碳碳键、 环氧、 酮基基团断裂, GO片层尺寸变小; 在超声诱导下水分子形成的羟基自由基和氢自由基与片层上断裂形成的碳自由基结合生成羟基或醚氧基团, 未发生水解的碳自由基形成新的碳碳键, 长时间的超声作用还会使羟基基团发生断裂并转化成酮基基团. 利用超声在纯水中裁剪GO的条件温和, 不使用其它化学试剂, 可以有效控制GO片层尺寸, 是一种具有应用前景的二维材料裁剪技术.     

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。     

环氧树脂/氧化石墨纳米复合物的等温固化行为研究

用示差扫描分析仪(DSC)研究了氧化石墨(GO)对N,N,N',N'-四缩水甘油基-4,4'-二氨基二苯基甲烷环氧树脂(TGDDM)/4,4'-二氨基二苯基砜(DDS)体系的等温固化反应的影响,用X射线光电子能谱仪(XPS)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)研究了GO上存在的官能团及其对TGDDM/DDS体系固化行为的影响,用热失重分析仪(TGA)研究了天然石墨和GO的热力学稳定性.XPS、FTIR和TGA结果表明,GO上存在的大量羟基、羧基、环氧基等官能团能够影响环氧树脂的固化行为.DSC研究发现,环氧树脂/氧化石墨纳米复合物的固化反应属于自催化类型,随着GO含量的增加,达到最大反应速率的时间不断减小,初始反应速率不断增大,这说明GO对环氧树脂的固化反应有促进作用.Kamal模型计算得到的结果表明,随着GO含量的增加自催化反应初期阶段表观活化能E1先减小再增大,而自催化反应结束后表观活化能E2略微减小.经Kamal模型扩散控制函数修正后,整个固化过程中拟合得到的结果与实验数据相当吻合.以上结果说明,少量的GO对TGDDM/DDS体系的固化反应起着催化作用.     

氧化钛-氧化石墨插层结构及其光催化性能(英文)

采用氧化石墨(GO)和硫酸钛作为初始反应物,在低温下(80℃)制备了纳米级的氧化钛-氧化石墨插层(TiO2-GO)复合材料,研究了这一复合材料的紫外光催化性能.结果表明,在采用TiO2-GO插层复合材料对甲基橙溶液进行紫外光催化降解时,其降解效率η=1.17mg·min-1·g-1,明显优于德固赛P25氧化钛粉.通过对TiO2-GO插层复合材料进行X射线衍射(XRD)、傅里叶红外(FT-IR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)等测试,表征了产物的晶相结构、界面状况及其显微结构.结果表明:插层结构中的TiO2晶粒为锐钛矿和金红石的混合相,且锐钛矿相含量大于金红石相含量;氧化石墨层间的含氧基团如C襒O,基本被还原.对TiO2-GO插层复合材料的形成机理以及该材料具有优越光催化性能的原因进行了探讨.     

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。     

磷酸在GO插层阶段的功能化调控及机理

针对氧化石墨烯(GO)制备过程中插层阶段的调控及机理研究对GO功能化应用于电极材料具有重要的研究意义.本文在改进Hummers法的基础上,向H₂SO₄插层剂中加入不同体积的H₃PO₄,制备了不同氧化程度的GO.利用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征手段,分析了不同氧化程度的GO的微观形貌、元素组成、氧化程度,以探究H₃PO₄在插层石墨过程中的作用机理;并采用循环伏安法(CV)和交流阻抗法(EIS)对不同H₂SO₄/H₃PO₄体积比下的GO进行电化学性能测试,分析了H₃PO₄对GO电化学性能的影响,以达到调控石墨的插层氧化从而提升GO导电性的目的 .结果表明,单一的H₂SO₄使GO基面上的邻位二醇过度氧化造成孔洞, H_...     

锂硫电池膨胀氧化石墨/硫复合正极材料的制备及其性能

以棒状石墨为原料,采用改良的Hummers法与热处理制备得到膨胀氧化石墨(E-GO),利用在酸性水溶液中归中化学反应的方法合成纳米尺寸的硫颗粒,使其嵌入到膨胀氧化石墨的内部,制备了膨胀氧化石墨-硫复合材料。采用红外光谱,X-射线光电子能谱表征了膨胀氧化石墨表面官能团的存在和种类;X-射线衍射分析结果表明生成的硫属于斜方晶结构;扫描电子显微镜和透射电镜分析证明了材料中硫的均匀分布。恒电流充放电结果表明该复合正极材料的首次放电容量为1 020 mAh.g-1,100周循环之后其容量还保持在650 mAh.g-1左右;材料的倍率性能和库伦效率优异,这可能得益于小尺寸的硫在材料中均匀分布,以及表面官能团对硫的固定化作用。     

石墨及石墨/双马来酰亚胺减摩树脂复合材料的XRD研究

利用X射线衍射对鳞片石墨、可膨胀石墨、膨胀石墨和纳米石墨薄片以及石墨 /双马来酰亚胺、纳米石墨薄片 /双马来酰亚胺减摩复合材料进行了研究,探讨它们之间在结构上的关系以及以复合材料中双马来酰亚胺预聚体对石墨层间距的影响.实验结果表明:可膨胀石墨中插层剂的插入除了增大石墨层间距外,还减小相邻插层剂未插入的石墨层间距;膨胀石墨的结构除了保留强度很弱的石墨特征峰外,还有大量强度极其微弱、层间距大小不一的峰;超声波对膨胀石墨的结构有整合、均匀化作用;双马来酰亚胺预聚体不能插入鳞片石墨层间,而能插入纳米石墨薄片的层间.     

Stucture Modification and Organic Intercalation of Phlogipite

用酸处理及热处理＋钠化综合方法,对金云母进行了结构修饰,得到具有低剩余层电荷的金云母,用十六烷基三甲基溴化铵（HDTMAB）对结构修饰金云母进行了有机插层改性。利用X射线衍射、化学成分分析、差热等方法对制得的样品进行了表征。研究了硝酸用量对金云母层间剩余负电荷的影响。结果表明,随着硝酸用量的增加,金云母阳离子交换容量和层间剩余负电荷逐渐减小;硝酸用量也影响有机分子在金云母层间的插层行为,当硝酸用量为100 mL时,有机分子烷基链在层间呈双层倾斜排列;当硝酸用量为150 mL时,烷基链在层间呈单层倾斜排列。     

长链烷基季铵盐插层氧化石墨的结构变化

基于改进的Hummers法制备氧化石墨(GO),并以长链烷基季铵盐(CnTAB)对其进行插层处理;通过改变CnTAB的链长、浓度,得到系列CnTAB/GO插层复合物。采用XRD和元素分析对产物的最大底面间距及CnTAB插入量进行表征。结果表明,随着Cn TAB链长的增长、CnTAB浓度的增大,CnTAB/GO插层复合物的最大底面间距逐渐增大。CnTAB通过离子键作用和疏水键作用插入到GO层间,在GO片层上的吸附规律符合修正型(Modified)Langmuir模型,即CnTAB以单分子层吸附在GO片层上。根据CnTAB/GO插层复合物最大底面间距及CnTAB插入量的变化规律分析,得出CnTAB在GO层间的排布模式有单层平躺模式、类双层平躺模式、单层倾斜模式和单层直立模式。     

石墨氧化过程的XRD/XPS研究

石墨用强氧化剂如硝酸、高氯酸、氯酸钾或高锰酸钾等处理后,在石墨层间形成一种没有化学计量的层间化合物,通常叫做氧化石墨,又称石墨酸犤1犦。氧化石墨的研究历史可追溯到1855年犤2犦,期间,有关氧化石墨的制备及表征的报导获得了广泛的重视。就目前的研究现状而言,普遍认为化学法制备的氧化石墨中存在羟基、环氧官能团和双键结构犤3犦,这一结果已经得到广泛的证实,如FTIR犤4犦结果表明氧化石墨中含有C-OH、-OH、C=O等基团,13CNMR犤5犦也检测到与醚或羟基相联的碳原子,并发现sp2杂化的碳原子,元素分析的结果表明犤6犦,氧化石墨中的C/…     

碳纳米管/氧化石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能

以碳纳米管和氧化石墨烯(CNTs/GO)为主体材料, 通过化学还原法制备了CNTs/GO 负载硫的复合正极材料CNTs/GO/S. 扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)测试表明, CNTs 均匀插层在GO片间, 从而形成三维多孔结构, 有利于电解液的浸润; 活性物质硫均匀地负载在CNTs/GO 表面. 电化学测试表明,CNTs/GO/S复合材料具有高的比容量和良好的循环稳定性: 在1C倍率电流密度下, 复合材料首次放电比容量高达904 mAh·g^-1, 经过50圈循环之后, 复合材料的比容量仍保持在578 mAh·g^-1.     

氧化程度对微细鳞片可膨胀石墨结构及膨胀性的影响

以平均粒径为19.71μm的天然微细鳞片石墨为原料,通过化学氧化法制备了具有不同氧化程度的可膨胀石墨,采用XRD、FTIR、Raman、SEM等对可膨胀石墨的结构与膨胀性进行了表征。结果表明:当氧化程度较低时制得的微细鳞片可膨胀石墨由石墨、石墨层间化合物和氧化石墨三相组成;随着氧化程度的增加,氧化石墨相含量与可膨胀石墨结构无序程度逐渐增高,石墨层间化合物相含量先增加后减少,石墨相含量则逐渐降低;氧化促使HSO4-或SO42-插入石墨层间,插入层间的HSO4-或SO42-量是决定可膨胀石墨膨胀容积的关键因素,制备的微细鳞片膨胀石墨的膨胀容积可达65.9mL·g-1。     

红花籽油的环氧化工艺

以双氧水为氧化剂,甲酸为氧载体,用强酸性阳离子交换树脂作催化剂,结合正交实验和单因素实验,确定红花籽油环氧化反应的最佳工艺条件为：在少量金属掩蔽剂乙二胺四乙酸二钠（EDTA）存在下,红花籽油、88%甲酸、30%双氧水和阳离子交换树脂的质量比为1∶0.244∶1.665∶0.035,在60 ℃下反应6 h,搅拌速度400 r/min,产品的环氧值可达到7以上。