薄纸状氧化石墨和石墨烯的制备与表征

2013-10-18 李 赏 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室

  采用改性Hummers法成功地制备了薄纸状氧化石墨片层,并以水合肼为还原剂将制备的薄纸状氧化石墨片层还原为石墨烯纳米材料。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(RS)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)等方法对合成产物的结构和性能进行了表征。结果表明:石墨烯的厚度为0.36nm,层数为3。另外,对改性Hummers法制备薄纸状氧化石墨的反应机理进行了初步探讨,并分析了石墨氧化过程中各个反应阶段发生的化学反应过程。

  2004年,Geim等采用机械剥离法制备了以sp2杂化连接的碳原子层构成的新型二维原子晶体-石墨烯(Graphene)。石墨烯的基本结构单元是苯六元环,其理论厚度仅为0.34nm。因此,石墨烯具有许多优良的物理化学性质,如强度是钢的100多倍,可达130GPa,载流子迁移率达15000cm2/(V·s),热导率可达5 000W/(m·K)。另外,石墨烯还具有室温量子霍尔效应及室温铁磁性等特殊性质。目前,石墨烯的制备方法主要有微机械剥离法,化学气相沉积法,化学氧化还原法,晶体外延生长法和溶剂热法几大类。其中,微机械剥离法可以制备微米尺寸大小的石墨烯,但可控性较低,难于实现大规模生产。晶体外延生长法由于SiC晶体的表面容易发生重构,以致难以获得大面积、厚度均一的石墨烯。化学气相沉积法(CVD)以金属单晶或金属薄膜为衬底,能生长出薄层石墨烯片层,但石墨烯纯度不高,且无法实现大规模生产。溶剂热法则因高温高压等苛刻条件,且产物导电率低等缺点,不具备大规模生产的可能。化学氧化还原法是通过Hummers法制备氧化石墨,再通过超声剥离和还原过程制备石墨烯。由于该法生产周期短,合成产量高等优点,得到了广泛的关注和研究。在Hummers法制备氧化石墨的过程中,包括低温(0℃)、中温(38℃)和高温(98℃)3个反应阶段,氧化剂为浓H2SO4和KMnO4。通过对石墨氧化过程的研究,改性了Hummers法,即延长中温反应阶段的时间,取消高温反应阶段。取消高温阶段的反应过程,不仅可以避免硫酸在高温反应时所带来的喷发危害,还可以避免在高温阶段发生热分解反应,降低石墨的氧化程度。在理论和实验上证明了在低温、安全稳定的条件下可以制备薄纸状的氧化石墨片层。利用水合肼对制备的氧化石墨进行还原处理,制备了石墨烯纳米材料,并对制备的薄纸状氧化石墨和石墨烯材料进行了结构表征。

1、实验

  1.1、钢筋取样料   磷片石墨(粒度定量分析:325目,先丰纳米技术现代科技有限股份有限总部英文股份有限总部);浓磷酸(95%~98%);高锰酸钾,氰化钠钠,双氧水(30%),稀盐酸,氯化钡,水合肼(80%)等均为定量分析纯。不低于药物未非常谈及者,均购自我国的医疗团体天津耐腐蚀制剂股份有限总部。不低于制剂均不做清理之间运行。   1.2、制样备制   1)薄纸状阳极氧化的石墨(GO)片层制成 量取230mL(98%)浓浓盐酸放上1 000mL的三口烧瓶中,在恒湿磁性混和和冰水浴下,参与5.0g NaNO3和10.0g石墨的相混物,中速混和30min,使其积极相混。将30gKMnO4正渐渐参与到相混液中,0℃立刻混和2h。将三口烧瓶移入已为工作温度調整至38℃以上的恒湿水浴中,立刻混和30h,参与中温响应。中温响应开始后,将相混物移入2 000mL烧杯杯,用去正阳离子水将响应液稀释溶解到1 000mL,参与200mL(5%)H2O2,在此响应液转换成金呈黄色色。用高速公路抽滤机参与抽滤拆分,带速为4 000r/min,用再次专门配制的5%的HCl和去正阳离子水洗衣到了滤液中无浓盐酸根被测试出,超声波30min,将浮动液移置减压蒸馏皿中,60℃蒸空皮肤干燥,制成阳极氧化的石墨。   2)石墨稀的恢复原 将100mg据此获得的钝化石墨散落于100mL水硫酸铜溶液中,得出棕黄色的的悬停液,彩超情况下散落2h,移入三口烧瓶中,提温至90℃,滴入2mL的水合肼,与此情况下作用24h后过滤程序,将得出的产品顺序用甲醇和水冲泡多少次,60℃涡流干燥的,提炼出石墨稀。   1.3、测试测试与研究方法   XRD衍射具体研究一下选取芬兰RIGAKU大子子集团D/Max-RB衍射仪(Cu靶,Kα电磁辐射,λ=0.154 056nm),打印拍摄拍摄条件5°~80°;红外光谱分析图图(FT-IR)具体研究一下选取芬兰Thermo Nicolet大子子集团的Nexus型傅里叶改换红外谱仪,KBr压片制样,可见光可见光波长条件400~4 000cm-1;拉曼光谱分析图图(Raman)具体研究一下选取德国RENISHAW 大子子集团的INVIA型显微共焦缴光行业拉曼光谱分析图图仪,备案条件为100~3 200cm-1,缴光行业可见光可见光波长为785nm,室内空间甄别比率跨页1μm,横向联系1μm;打印拍摄拍摄电子元器件为了满足电子元器件时代发展的需求,高倍高倍光学体视显微镜(SEM)选取S-4800型FESEM 打印拍摄拍摄电镜;散射电子元器件为了满足电子元器件时代发展的需求,高倍高倍光学体视显微镜(TEM)选取芬兰JEO大子子集团的JEM-2100F型场导弹高甄别散射电镜;分子结构力打印拍摄拍摄检测器高倍高倍光学体视显微镜(AFM)选取芬兰Veeco大子子集团的NanoScope4型分子结构力高倍高倍光学体视显微镜。

结论

  a.凭借对石墨防脱色期间的讲解,用于减少中温过程中,反响周期,撤消中高温反响过程中,的改良Hummers法制成薄纸状的防脱色纳米材料材料, 超声心动图脱离和水合肼还原故宫场景操作而来了纳米材料材料。   b.TEM 和AFM 测式然而取决于:纳米材料的壁厚为0.36nm,总层的数量为3。   c.上面的介绍中技巧安全性高简单、总产量大、适于保持,给出了快速的简单、大数量提纯薄纸状纳米材料材料的路径,为纳米材料材料的餐饮业化app给出了根本。