石墨烯的制备与表征

2013-06-20 刘新 天津工业大学环境与化学工程学院

  用改进的Hummers法制备氧化石墨,然后以无毒、绿色的柠檬酸钠为还原剂和稳定剂,通过化学还原的方法还原氧化石墨烯,制备得到石墨烯材料。通过红外光谱(FT-IR)、X-光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等对所得的石墨烯材料进行了表征。结果表明:柠檬酸钠还原了氧化石墨,制备的石墨烯悬浮液静置数星期后仍无明显的沉淀现象发生,能够稳定存在。

  2003年,丹麦曼彻斯袭警案学的Andre K. Geim等需要通过同一款 简单的手段成功失败制取出碳的同其中一种同素异体姿-石墨稀原料(graphene),这毫无疑问是碳原料研究探讨的过程中的同一款 里程数碑。石墨稀原料实际上正是其中一种从石墨中脱离过来编织成双层碳共价键面原料,是由编织成双层碳共价键以正五角形密实分布型成的蜂窝状的二维平面图设计设计型式,在二维平面图设计设计上,4个碳共价键利用sp2 杂化形态,其剩下的一个p 轮轨上的電子在立式于石墨稀原料平面图设计设计上与相邻碳共价键的p 電子型成共轭的离域π键,这种π電子可在尖晶石中自主手机端,关键在于使石墨稀原料包括优秀的导电性,使其需要采用于感应器器组件。与此同时,石墨稀原料还包括大的比外观积以其优良的电学、热学和热学特性。   现阶段,纳米材料材料的光催化原理办法关键主要包括微机械化剥落法、概念发育法、药剂学液相的堆积法和钝化的物纳米材料材料药剂学完美重现法等。进来,最先用最简约的办法是钝化的物纳米材料材料药剂学完美重现法。钝化的物石墨是光催化原理纳米材料材料的特点,其光催化原理是以石墨为工业原料,在酸媒介下被钝化的物剂钝化的物成钝化的物石墨,以后使用mri单一到不稳定性高可靠性的二维的钝化的物纳米材料材料浮窗液。钝化的物纳米材料材料能能使用各个的硅化物和无机的完美重现剂完美重现成纳米材料材料,似海合肼。但水合肼是剧有有风险性的完美重现剂。论文适用氛围融洽的青柠檬酸钠做为完美重现剂和不稳定性高可靠性剂,光催化原理了不稳定性高可靠性会存在的纳米材料材料氢氧化钠溶液。

1、实验部分

1.1、氧化石墨的制备

  采用改进的Hummers 法制备氧化石墨。过程如下:在冰水浴的控制下,将3 g 鳞片石墨和1.5g 硝酸钠缓慢加入至69 mL 的浓硫酸中混合均匀,在搅拌下缓慢加入9 g KMnO4,并使温度控制在20℃ 以下,然后将其转移至35℃ 水浴中恒温反应2h。逐步加入138 mL 二次水,温度上升,此时温度可能达到98 ℃,水浴降温。进一步加入420 mL 二次水稀释,并加入3 mL H2O2(30%),保持10 min以中和未反应的高锰酸钾和二氧化锰,此时混合物由棕褐色变为亮黄色。生成的氧化石墨, 用10%的HCl 水溶液洗涤,将上层清液倒掉,然后用二次水离心洗涤至溶液pH 值为6~7 左右。在40 ℃温度下将离心后的沉淀放在真空干燥想中干燥。待样品干燥后用玛瑙研钵研成粉末备用。

1.2、石墨烯的制备

  20 mg 的被脱色物石墨不溶40 mL 的首次水内,用超声检查清洗波生殖细胞切割机400 W 下超声检查清洗30 min,再将调配的0.5 mg/mL 的被脱色物石墨烯材料材料硫酸铜饱和稀硫酸在3 000 r/min 下离心式分离30 min 出掉未剥落的被脱色物石墨能够得到均质的被脱色物石墨烯材料材料胶状漂浮液。将5.0 mL 以上的硫酸铜饱和稀硫酸和20 mL 的首次水内加盟50 mL 的储存量瓶中混和不光滑,加盟30mg 百香果酸钠,在100 ℃下此回流搅伴生理反应3 h,硫酸铜饱和稀硫酸由棕红色调成灰色。对好产品来来经常清洗和离心式分离处里,再放至真空环境缺水箱中60 ℃ 烘干功能, 第三研磨抛光成咖啡豆来来设备构造分析方法和的性能测评。

2、结果与讨论

2.1、氧化石墨与石墨烯的红外表征

  图1 为氧化石墨和石墨烯的红外光谱图。图1中,氧化石墨的红外谱上出现了O-H(3 423 cm-1)、C=O(1 710 cm-1)、环氧C-O(1 200 cm-1)和烷氧C-O(1 046 cm-1)伸缩振动峰,这些含氧官能团的存在说明石墨已被氧化形成氧化石墨了,其中C=O峰较弱,是因为只在石墨层边缘才可以形成羰基或羧基,而环氧基团和烷氧基团峰较强,说明氧化石墨中含有大量的环氧基和羟基。当氧化石墨被柠檬酸钠还原后,石墨烯样品中含氧官能团C=O(1 710cm-1)、环氧C-O(1 200 cm-1)和烷氧C-O(1 046 cm-1)伸缩振动峰显著减弱甚至消失,而出现了C=C(1564 cm-1)伸缩振动峰。即说明氧化石墨中大部分含氧官能团被去除,同时碳原子六元环结构得到一定程度恢复,氧化石墨已被还原成石墨烯。

氧化石墨和石墨烯的红外光谱图

图 1 钝化石墨和石墨稀的红外光谱图图

2.2、氧化石墨和石墨烯的XPS表征

  从谱图2(a)都可以看得见最靠近525~545 eV 条件内的O1s 峰基线较高,而280~300 eV 条件内的C1s 峰基线比O1s 的峰基线低;图2(b)为恢复备份故宫场景体现后纳米材料的XPS 谱图,在图2-6(b)中症状则正好反之,C1s 的峰承载力要高远于O1s 的峰承载力;这情况说明腐蚀石墨被青金桔酸钠恢复备份故宫场景后含氧量同质性小臭减掉,取决于能够 恢复备份故宫场景体现含氧官能团已小臭减掉,被成功失败移到,其与红外可是统一。

氧化石墨和石墨烯的XPS 图

图 2 阳极氧化石墨和石墨烯材料的XPS 图

2.3、氧化石墨和石墨烯的SEM表征

  不同对潮湿后的空气腐蚀的物石墨和石墨稀粉未打样定制完成SEM 分析方法,最终图甲3 随时。图3(a)为反响前空气腐蚀的物石墨,行看空气腐蚀的物石墨以松软心态会有,面上会比较光洁,边界局部这是因为空气腐蚀的物的功效发现了蜷曲呈褶子心态。单独,通过空气腐蚀的物后牛皮纸层叠状沒有变换,已然上下级放大在来,阐明所行成的空气腐蚀的物石墨还未全部被剥落开。图3(b)为柚子酸钠重置后的石墨稀,行明了地看石墨稀的层状的形式,但石墨稀层和层直接在重置后因此层间范德华力的功效又上下级相辅相成堆叠在来,诱发打样定制比面上可观降低。的对比行查出来空气腐蚀的物石墨经重置制作而成石墨稀后面上的形式发现了非常大的变迁。

氧化石墨和石墨烯的SEM图

图3 腐蚀石墨和石墨稀的SEM 图

2.4、石墨烯的AFM表征

  对制得出的石墨稀图纸采取了AFM 表现,图4为石墨稀的分子力高倍显微镜画像。从图示能否清晰度的看看呈薄块状的石墨稀片层的总体设计形貌,在片上相对较亮的凸出很有可能是单分子片层上仍有少组成部分的含硫化官能团从未被完整的恢复备份掉,如果采用在线测量研究推测,待测图纸的料厚约为0.89 nm。

石墨烯的AFM图

图 4 纳米材料的AFM 图   该种但是表述用青柠檬酸钠回归防氧化石墨该种技巧才可以成功的的制法出双层的石墨烯材料片层。

3、结论

  分为改进方案的Hummers 法成就 配制了被硫化反应石墨,用柚子酸钠墨绿色恢复备份配制了石墨稀材料,且对被硫化反应石墨和石墨稀材料开展了部分表和形貌的表现。用FT-IR 和XPS 对被硫化反应石墨和石墨稀材料各自开展部分表表现,明确在配制期间中的类物质化学上构造及设计变动;用SEM 和AFM 就直接仔细观察打样定制形貌,明确到单原子团层石墨稀材料;所配制的石墨稀材料浮悬液静置数礼拜后仍无明显的的滤渣问题产生,情况说明柚子酸钠对于恢复备份剂恢复备份配制的石墨稀材料浮悬液要保持稳定有着。