石墨烯的制备方法及表征研究

石墨烯是一种新型二维碳纳米材料,具有许多独特的理化性质。本文重点综述了目前石墨烯制备的主要方法,分析了各种制备方法的特点,对石墨烯表征手段进行了概述,并展望了其发展前景。     

石墨烯的制备、表征研究进展

石墨烯由于独特的单原子层二维结构及优异的性能,引起了众多学者研究兴趣,在材料、电子、化学、能源、生物医药等众多领域具有广阔的应用前景.通过查阅大量相关文献,总结了石墨烯的各种制备方法及其优缺点,概述了石墨烯的表征方法,展望了石墨烯巨大的应用空间,展示了石墨烯的研究方向,为后续研究石墨烯的工作提供了可借鉴的思路.     

单层氧化石墨烯的快速制备及表征

通过Hummers法制备氧化石墨,经过超声波细胞粉碎机分散,制备了稳定的氧化石墨烯悬浮液.采用红外光谱和原子力显微镜等手段对样品进行光谱和形貌分析.结果表明:石墨被氧化成含有C=O、—COOH、C—OH和C—O—C的氧化石墨,经较短时间的超声波细胞粉碎机分散,能够形成高浓度、稳定的氧化石墨烯悬浮液,而且在较高功率下可形成雪花状氧化石墨烯,为其功能化研究提供了基础.     

氧化石墨烯制备及其结构表征

本文以不同类型的石墨为原料,采用密闭氧化法制备了氧化石墨,并通过超声剥离得到氧化石墨烯,利用氨肼还原法将氧化石墨烯还原得到石墨烯。讨论了不同类型石墨原料对所制备氧化石墨烯微观形貌的影响,并且利用高分辨率扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对所制备的氧化石墨烯和石墨烯进行了结构表征,结果表明,在以不同类型石墨为原料所制备的氧化石墨烯中,50目天然鳞片制备的氧化石墨烯的微观形貌最好,呈波浪褶皱状。     

N掺杂三维石墨烯的制备及电化学性能

为探究更绿色环保的三维还原氧化石墨烯的制备方法,采用简单易行的一步水热法,以Vc为绿色还原剂,L-天冬素为N源,在90℃下分别反应1、2、3、5、10h,制得N掺杂的三维石墨烯水凝胶,经冷冻干燥得气凝胶;在三电极体系下对材料进行电化学测试,测试结果表明:在反应时间为3h时,比电容值最高,在电流密度为1A/g时,比电容值达173.8F/g.且经过1 000次充放电循环后,比电容保持率为83%.且内阻较小(0.6Ω),具有很好的功率性能和电容行为.     

高效能活性炭基底石墨烯粒子电极制备及表征

目的制备和筛选出一种高效、稳定的新型石墨烯复合负载型粒子电极.方法采用溶胶凝胶法制备了一系列不同基底的石墨烯负载型粒子电极,以苯酚为目标污染物考察粒子电极的催化活性,确定最优粒子电极,通过正交试验优化其制备条件.最后采用SEM、EDS、BET、XRD、LSV、CV手段对粒子电极的结构、表面形貌及电化学性能等进行表征.结果筛选出Ti-r GO/GAC-S(椰壳活性炭)为最优粒子电极,对苯酚去除率为85. 26%;正交试验优化其制备条件为钛酸丁酯投加量75 mL、r GO投加量0. 2 g、煅烧温度400℃、煅烧时间1 h;负载Ti和r GO后表面积、析氧电位增大,对苯酚直接氧化能力提高.结论筛选出的Ti-r GO/GAC-S粒子电极电催化活性最高,表面积大,活性点位多,对苯酚的直接氧化能力高.     

大粒径氧化石墨及石墨烯的制备与表征

以0.10、0.15、0.18、0.30 mm 4种不同粒径的石墨为原料,采用密闭氧化、氨-水合胼还原法,经过2个控温阶段制备了10~20 μm大粒径氧化石墨(GO)与石墨烯,并通过正交实验、单因素实验优化了制备条件. 测定了GO与石墨烯的傅里叶红外光谱、拉曼光谱及热稳定性.用扫描电镜、X线衍射光谱、原子力显微镜测试了产品的结构与石墨烯片层厚度. 实验结果表明:石墨粒径越小,片层剥离程度越高, GO的产率、热稳定性也均有提高. 石墨烯在800 ℃下残炭率高于80%,剥离层厚度约为1 nm. 本实验研究为制备大粒径GO与石墨烯提供了一种可行的实验方法.     

碳纤维骨架石墨烯导电导热薄膜的制备及表征

在对碳纤维进行除浆和预氧化的基础上,将其与中间相沥青甲苯溶液混合,通过抽滤法制备碳纤维薄膜骨架,二次抽滤氧化石墨烯填充到碳骨架之间,经热处理后制得具有三维网络结构的自支撑G-CF-MP复合薄膜.探索和分析了不同碳化和石墨化温度对薄膜材料形貌、导电性以及导热性能的影响.通过结构表征发现,碳纤维之间相互搭建构成高机械性能的碳骨架,碳纤维表面以及纤维之间的空隙被石墨烯均匀地包覆和填充,中间相沥青在达到软化点后呈现出流动性和黏性,充分润湿碳纤维与石墨烯之间的间隙,3种碳材料协同作用,从而获得了高机械强度以及高导电性的G-CF-MP复合薄膜材料.导电性测试发现,石墨化处理可以有效提高材料的导电性,G-CF-MP复合薄膜在经过900℃碳化后的方阻为2.853Ω/sq,经过石墨化处理后的方阻降低为0.229Ω/sq.经过导热性能测试,G-CF-MP(900℃)的热导率为475.2 W/(m·K),G-CF-MP(2 300℃)的热导率为532.8 W/(m·K).     

一种高聚物梯度复合材料的制备及性能表征

文中讨论了在非自然环境中制备PMMA/α-羟基乙基二茂铁梯度复合材料的方法。过氧化二苯甲酰为引发剂,α-羟基乙基二茂铁为添加物可明显地降低聚合温度和缩短聚合时间,实现MMA在室温下聚合。相对分子质量的测试表明,样品沿着外场方向呈现相对分子质量梯度分布;样品的机械性能测试表明,在非自然环境中制备的梯度高聚物样品的力学性能有所下降;折射率测量表明,样品的折射率沿着圆柱状样品的轴向呈梯度分布。     

电化学法制备石墨烯及其性能表征

在0.2 mol·L氯化胆碱体系下以电化学法剥离石墨箔得到石墨烯,采用高分辨透射电子显微镜、扫描隧道电子显微镜、红外光谱、拉曼光谱等方法研究了所得到的石墨烯的形貌与结构.结果表明:所得的产物最薄仅为2～4层,多数为6～8层,并且具有较好的完整性,无明显团聚与褶皱.与氧化还原法相比结构缺陷及氧化官能团含量明显降低.将石墨烯制成无支撑石墨烯薄膜,测量其导电性可知在其面密度为0.5 mg·cm时其方块电阻仅为19.3 Ω/□,显示出良好的导电性能.     

本科教学实验氧化石墨烯的制备及其表征

氧化石墨烯是目前科研中热点最高的材料之一。基于Hummers法制备氧化石墨烯,可以进行水浴加热、离心、温度控制、超声、电极修饰以及电化学表征—循环伏安法等操作,同时可以扩展学生科研视野,激发学生科研探索热情。为了使实验内容适合本科教学实验,对制备方法进行了改进,将整个实验的温度控制在100℃以下,通过冰浴和水浴控制温度,使反应条件相对温和,提高了产量,确保了教学实验的成功率。     

三维石墨烯宏观体的制备及超级电容性能

在油浴90℃和常压下,采用化学还原法和冷冻干燥法合成了三维石墨烯宏观体(3DRGM)。经过自组装得到的3D-RGM具有相互连接的介孔-大孔开放性孔结构,孔壁则是由单层或多层具有褶皱特征结构的还原石墨烯片组成。3D-RGM具有很好的可压缩性,将其作为超级电容器的电极材料时可采用直接压片法制备工作电极。3D-RGM电极在0.1 A/g电流密度下的比电容达到150 F/g,是较优良的超级电容器材料。     

三维石墨烯/铜基复合材料的制备及耐腐蚀性能研究

在实际应用中,铜基复合材料经常存在腐蚀失效的现象,而石墨烯以其独特的结构显示出卓越的耐腐蚀性能。为了改善铜基复合材料的耐腐蚀性能,设计并烧结制备了三维石墨烯/铜基复合材料。研究表明,在三维石墨烯/铜基复合材料中,石墨烯形成三维互联互通结构,充分发挥了对铜基体的保护作用。与孔隙铜相比,在质量分数为3.5% NaCl溶液中,三维石墨烯/铜基复合材料的腐蚀速率降低了约50%。石墨烯在金属防腐蚀领域将得到更加广阔的应用。通过研究三维石墨烯/铜基复合材料在FeCl₃溶液中的腐蚀行为,进一步揭示了三维石墨烯的耐腐蚀机理。     

氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备与表征

以石墨粉为原料,根据改进的Hummers氧化法制得氧化石墨烯,利用氧化石墨烯表面富集的羧基与乙二醇和酰氯化的4,4′-偶氮(4-氰基戊酸)的反应,进一步得到氧化石墨烯表面负载的4,4′-偶氮(4-氰基戊酸),以此为引发剂,通过自由基聚合制备了氧化石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯(oxidized graphene-g-PMMA)杂化材料.采用红外(FT-IR)、透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)对产物的结构和形貌进行了表征,并研究了频率依赖下的样品的电学性能.结果表明,PMMA已在氧化石墨烯表面接枝,石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯杂化材料的导电率及介电常数较氧化石墨烯分别降低了0.098S.cm-1和34 000.     

单层边缘功能化石墨烯的制备和表征

为探讨石墨烯的氧化过程,以浓硫酸、高锰酸钾和双氧水作为氧化剂,通过部分边缘氧化剥离石墨得到了单层边缘氧化石墨烯(SLMGO),用定量硼氢化钠还原得到了单层边缘功能化石墨烯(SLMFG).使用FT-IR、SEM、TEM、XRD和XPS等手段表征了SLMGO和SLMFG结构和形貌.结果表明:边缘功能化的单层石墨烯较深度氧化的多层石墨烯,能更好地保持层状平面结构.基于好的共轭程度,边缘功能化的石墨烯光电性能将更好.     

一种掺碘化银的生物活性玻璃的制备及表征分析

介绍了一种掺碘化银的生物活性玻璃的制备方法以及制成品的理化性质的测定,结果显示:掺碘化银的生物活性玻璃不易受光、热、湿的影响,可在室温下保存,经矿化后掺碘化银的生物活性玻璃能较快形成具有生物活性的羟基磷灰石。     

含一种蒽醌结构红色水性聚氨酯的制备及表征

以聚（2-甲基-1,3-丙二醇-己二酸）酯二醇（PMA-1000）,2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）,甲苯二异氰酸酯（TDI）,1,4-丁二醇（BDO）,1-（（2-羟基乙基）氨基）蒽醌（SR222）为原料,三乙胺（TEA）为中和剂,乳化后得到含SR222的红色水性聚氨酯染料（SR222-WPU）.利用红外光谱仪、荧光分光光度计、激光粒度仪、分光测色仪、色牢度测试仪对产物的结构和性能进行表征.结果表明,SR222蒽醌结构接到水性聚氨酯链上,合成了SR222-WPU,其乳液在300~475 nm波段具有紫色荧光;随着SR222添加量的增加,SR222-WPU乳液粒径从58.71 nm增大到86.6 nm,胶膜的a*值从21.26增大到79.64,红色逐渐加深;SR222-WPU在棉布上色牢度较好,耐摩色牢度为4~5级,耐水渍褪色度为5级.      

三维石墨烯/氢氧化镍纳米复合材料的制备及电容性能研究

利用电化学沉积法制备三维石墨烯/氢氧化镍纳米Ni(OH)2/3DGR复合材料,通过扫描电镜对样品进行微观形貌表征;在1.0 mo L/L KOH溶液中利用循环伏安和恒电流充放电等方法对纳米复合材料修饰电极进行电化学性能测试.在2 m A/cm2的电流密度下Ni(OH)2/3DGR的比电容达到43.70 m F/cm2;1000次循环充放电测试表明该复合材料具有较长的使用寿命和稳定性,比电容保持率达到79.3%.因此三维石墨烯/纳米氢氧化镍复合材料可以做为一种很好的超级电容器材料.     

碳纳米管/氧化石墨烯气凝胶的制备与表征

采用改进的Hummers法制备出氧化石墨烯(GO),再通过超声分散将实验室自制的改性碳纳米管(CNTs)与GO在水溶液均匀混合,通过冷冻干燥得到CNTs/GO气凝胶材料.采用扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),X射线衍射(XRD)对其形貌和结构进行表征,结果表明CNTs:GO的质量比为3:7时得到的气凝胶的孔隙最大且最均匀,适合做与聚合物材料复合的基体材料.