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.     

超声辅助Hummers法制备氧化石墨烯

采用超声辅助Hummers法制备氧化石墨烯,单片层厚～1 nm。本法首先在Hummers法的低温、中温反应阶段加入超声振荡,以此来分别提高石墨的插层效率和氧化程度,然后在高温反应开始时,采用把含有残留浓硫酸的混合液缓慢滴入低温去离子水中再加热的方式,以此减少硫酸分子等插入物因为局部温度过高从石墨层间脱出,最后通过低速离心得到氧化石墨。使用超声辅助Hummers法制备氧化石墨烯既方便快捷,又能有效地增大氧化石墨的层间距,且随着超声功率的提高,所得氧化石墨的层间距呈扩大趋势。     

氧化石墨烯的可控还原及结构表征

采用氧化还原法, 通过控制还原时间制备了不同还原程度的石墨烯; 用红外光谱、 紫外光谱、 拉曼光谱、 X射线衍射、 热重分析、 电导率测量等多种手段系统研究了不同还原程度石墨烯的结构与性能; 采用透射电子显微镜、 扫描电子显微镜和原子力显微镜比较了氧化石墨烯和石墨烯的形貌. 结果表明, 随着还原程度的增加, 石墨烯中含氧基团减少, 紫外吸收峰逐渐红移, D带与G带的强度比增加, 热稳定性和导电性提高. 微观结构表征说明石墨烯比氧化石墨烯片的厚度增加, 褶皱增多.     

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。     

球磨辅助氧化还原法制备石墨烯

本文利用天然石墨作为原材料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨(GO)。首先将氧化石墨在低能球磨机中球磨10 h,然后超声剥离得到氧化石墨烯。最后利用水合肼作为还原剂,通过磁力搅拌回流反应得到石墨烯。利用SEM,AFM,XRD,Raman,FTIR,TEM对所制备的石墨烯的形貌和结构进行表征。同时将经低能球磨制备的石墨烯与未经低能球磨制备的石墨烯进行比较,分析了在不同工艺条件下制备的石墨烯的效果。结果表明低能球磨有利于减薄氧化石墨,促进氧化石墨的剥离。并且有利于氧化石墨的还原,从而缩短回流还原反应时间,提高了制备石墨烯的效率。     

氧化石墨烯制备过程优化及其吸附特性

为了使改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO)的制备过程更容易控制,以反应温度、KMnO₄加入时间、KMnO₄全部加入后继续反应时间、超声时间为考察因素,亚甲基蓝(MB)的吸附容量为评价指标,在单因素实验基础上,利用响应曲面法对所制备的氧化石墨烯(CGO)的制备工艺进行优化,建立二次多项式回归模型。结果表明,多项式模型的四因素对MB去除效果的影响顺序为:反应温度>KMnO₄加入时间>超声时间>KMnO₄全部加入后继续反应的时间。最佳制备条件为反应温度25℃、KMnO₄加入时间113.25min、t为25min、超声时间6.21h,MB的吸附容量为150mg·g^-1。     

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.     

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。     

石墨烯薄膜的光化学还原制备与表征

采用光化学还原方法制备了图案化的石墨烯薄膜.研究了光还原氧化石墨烯薄膜(PRGO)的热稳定性和发光性质.热重分析(TGA)结果表明,光化学还原主要引起氧化石墨烯(GO)氧化基团的减少,而对GO内水含量影响较小;发光(PL)测试结果表明,不同激发条件下,PRGO的发光与GO相比表现出了不同的变化规律:在波长514 nm的光激发下,PRGO的发光强度比GO明显降低,同时伴随着发光峰峰位红移;而在波长830 nm的光激发下,PRGO的发光强度比GO略有增强,并且发光峰峰位无明显变化,此结果表明不同尺寸的碳团簇局域态(sp2C团簇)的光还原反应活性不同,这与GO特殊的能带结构密切相关.     

石墨烯/还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及在超级电容器中的应用

本研究以低成本、易规模化的亲水性石墨烯/氧化石墨烯为前驱体,通过原位聚合的方法制备石墨烯/氧化石墨烯/聚苯胺复合材料,经过化学还原后制备得到石墨烯/还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶红外变化光谱仪(FT-IR)对制备的材料进行了结构和形貌的表征.运用循环伏安法...     

One-Step Synthesis of Aminobenzoic Acid Functionalized Graphene Oxide by Electrochemical Exfoliation of Graphite for Oxygen Reduction to Hydrogen Peroxide and Supercapacitors

Graphene-based materials have attracted considerable attention as promising electrocatalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) and as electrode materials for supercapacitors. In this work, electrochemical exfoliation of graphite in the presence of 4-aminebenzoic acid (4-ABA) is used as a one-step method to prepare graphene oxide materials (EGO) functionalized with aminobenzoic acid (EGO-ABA). The EGO and EGO-ABAs materials were characterized by FT-IR spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, Raman spectroscopy, X-ray diffraction and scanning electron microscopy. It was found that the EGO-ABA materials have smaller flake size and higher density of oxygenated functional groups compared to bare EGO. The electrochemical studies showed that the EGO-ABA catalysts have higher activity for the ORR to H₂O₂ in alkaline medium compared to EGO due to their higher density of oxygenated functional groups. However, bare EGO has a higher selectivity for the 2-electron process (81%) compared to the EGO-ABA (between 64 and 72%) which was related to a lower content of carbonyl groups. The specific capacitance of the EGO-ABA materials was higher than that of EGO, with an increase by a factor of 3 for the materials prepared from exfoliation in 5 mM 4-ABA/0.1 M H₂SO₄. This electrode material also showed a remarkable cycling capability with a loss of only 19.4% after 5000 cycles at 50 mVs⁻¹.     

石墨烯的制备

以球形石墨为原料, HClO₄为插层剂,KClO₃为氧化剂,采用高温(1 050 ℃)氧化还原法制备了石墨烯（GN）,其结构和性能经FT-IR, XRD, SEM, TEM, BET和RS等表征。研究了KClO₃的加入量对GN结构和性能的影响,结果表明:当KClO₃的加入量为0.08 g·mL^-1时,所制备的GN的比表面积为558 m²·g^-1,平均孔径为3.012 nm,电阻率为0.02 Ω·cm。     

The Influence of Lateral Size and Oxidation of Graphene Oxide on Its Chemical Reduction and Electrical Conductivity of Reduced Graphene Oxide

The chemical reduction efficiencies of graphene oxide (GO) are critically important in achieving graphene-like properties in reduced graphene oxide (rGO). In this study, we assessed GO lateral size and its degree of oxidation effect on its chemical reduction efficiency in both suspension and film and the electrical conductivity of the corresponding rGO films. We show that while GO-reduction efficiency increases with the GO size of lower oxidation in suspension, the trend is opposite for film. FESEM, XRD, and Raman analyses reveal that the GO reduction efficiency in film is affected not only by GO size and degree of oxidation but also by its interlayer spacing (restacking) and the efficiency is tunable based on the use of mixed GO. Moreover, we show that the electrical conductivity of rGO films depends linearly on the C/O and Raman I_D/I_G ratio of rGO and not the lateral size of GO. In this study, an optimal chemical reduction was achieved using premixed large and small GO (L/SGO) at a ratio of 3:1 (w/w). Consequently, the highest electrical conductivity of 85,283 S/m was achieved out of all rGO films reported so far. We hope that our findings may help to pave the way for a simple and scalable method to fabricate tunable, electrically conductive rGO films for electronic applications.     

Highly Intact and Pure Oxo‐Functionalized Graphene: Synthesis and Electron‐Beam‐Induced Reduction

Controlling the chemistry of graphene is necessary to enable applications in materials and life sciences. Research beyond graphene oxide is targeted to avoid the highly defective character of the carbon framework. Herein, we show how to optimize the synthesis of oxo‐functionalized graphene (oxo‐G) to prepare high‐quality monolayer flakes that even allow for direct transmission electron microscopy investigation at atomic resolution (HRTEM). The role of undesired residuals is addressed and sources are eliminated. HRTEM provides clear evidence for the exceptional integrity of the carbon framework of such oxo‐G sheets. The patchy distribution of oxo‐functionality on the nm‐scale, observed on our highly clean oxo‐G sheets, corroborates theoretical predictions. Moreover, defined electron‐beam irradiation facilitates gentle de‐functionalization of oxo‐G sheets, a new route towards clean graphene, which is a breakthrough for localized graphene chemistry.     

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。     

钒酸银/氧化石墨烯复合物的制备和可见光催化性能

通过改进Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),采用液相沉淀法合成了Ag₃VO₄/GO复合物,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱等技术手段对样品进行了测试表征;并在可见光辐射下(λ≥420 nm)考察了复合物催化剂中GO含量对Ag₃VO₄光催化降解甲基橙溶液(MO)的性能影响。 结果表明,掺杂质量分数2%的GO复合物光催化活性提高最显著,30 min内对MO的降解率可达到89%以上,是纯Ag₃VO₄光催化活性的3倍。     

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。