氧化石墨烯还原方法研究进展

综述了当前比较热门和新颖的氧化石墨烯(GO)的还原方法,特别是直接还原剂还原法、微波辅助还原法、紫外辐照还原法等,并对这些还原方法可能存在的问题进行了分析;评述了当前还原氧化石墨烯(RGO)的常用表征方法,如原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(RS)、X射线光电能谱(XPS)、红外(IR)光谱、X射线衍射(XRD)等测试技术。针对当前GO、RGO及石墨烯(GNS)界定不明导致使用较为混乱的状况,通过前期的研究成果及综合分析文献中相关材料的含氧量,提出可通过三者氧含量来大致区分GO、RGO及GNS,即氧含量在20%以上为GO,5%～20%为RGO,5%以下为GNS;此外,还可通过含氧量将GO还原方法划分为温和还原法、强还原法及超强还原法3种类型。文中最后对还原GO的方法进行了展望。     

还原氧化石墨烯增强水泥基复合材料微观结构及力学性能

采用水热还原法制备了不同还原程度的还原氧化石墨烯(RGO),并将其添加到水泥浆体中,制得石墨烯增强水泥基复合材料。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、力学性能测试仪、扫描电子显微镜(SEM)对氧化石墨烯(GO)还原程度及水泥基复合材料的力学性能和微观结构进行测试。结果表明,在120℃水热条件下,控制不同还原时间可以得到不同还原程度的RGO;随着GO还原程度的提高,复合材料力学强度不断增加;RGO可使水泥更加密实,降低了水泥浆体的孔隙率,对水泥基复合材料起到增强增韧的作用。     

氧化石墨烯的可控还原及表征

采用Hummers修正法制备氧化石墨烯(GO),用壳聚糖(CS)作为“绿色”无毒还原剂,以反应温度和反应时间来控制氧化石墨烯的还原程度。用红外光谱、紫外可见吸收光谱、拉曼光谱和X射线衍射等多种表征手段研究不同还原程度的还原氧化石墨烯的结构与性能。结果表明,改变温度不能有效地控制氧化石墨烯的还原程度;在50℃低温环境下,控制反应时间可以得到不同还原程度的还原氧化石墨烯,为进一步研究不同还原程度还原氧化石墨烯的非线性光学性质奠定了基础。     

热处理对还原氧化石墨烯结构和电性能的影响北大核心

以改进Hummers法制备的氧化石墨烯(GO)为原料,通过热解还原剥离得到还原氧化石墨烯(RGO),并考察热解工艺对RGO结构和电性能的影响。研究表明,随着热解温度的升高,RGO的氧含量降低,缺陷密度下降,但过高的热解温度会造成RGO结构的二次塌陷并降低比表面积。通过测试不同热解温度下制备的RGO样品的电导率,发现RGO的缺陷结构和氧含量是影响其导电性的主要因素。在600℃热解还原制备的RGO-600粉体热处理温度适中,片层剥离度高,比表面积大,二次结构坍缩少,导电性能优越,其电导率可达344.8 S/cm。RGO与碳纳米管、导电炭黑复合的石墨烯复合导电浆料用于锂离子电池材料中,能明显提升电极材料的电子传导能力。此方法实现了在较低的热解温度条件下,剥离还原制备高导电性的石墨烯材料。     

氧化石墨烯对蚕丝的紫外线防护整理

采用氧化石墨烯（GO）对蚕丝织物进行紫外线防护整理，并对浸渍吸附GO的蚕丝织物进行还原得到还原氧化石墨烯（RGO）整理蚕丝织物。研究了GO和RGO整理蚕丝织物的紫外线防护性能，并测试了RGO整理蚕丝织物的抗紫外耐久性。采用扫描电子显微镜（SEM）和拉曼光谱（Raman）对RGO整理蚕丝织物进行了表征。研究结果表明，GO对蚕丝织物进行浸渍-还原法紫外线防护整理的最佳工艺为GO 0.5g/L，还原剂保险粉1 g/L，还原温度75℃，还原时间5min，整理蚕丝织物的UPF值在40以上，获得优异的紫外线防护效果；相同条件下RGO整理蚕丝织物的紫外线防护性能优于GO整理蚕丝织物，且RGO整理蚕丝织物经多次水洗后抗紫外性能降低很小，说明RGO整理蚕丝织物的耐久性好；由SEM和Raman表征也证实了RGO在蚕丝织物表面的沉积。     

氧化石墨烯还原前后对脉动热管传热的影响

工业生产中主要通过化学方法将GO(氧化石墨烯)还原，制备RGO(还原氧化石墨烯)。文中将GO及RGO应用于PHP(脉动热管),分析比较它们的结构及热物性，及其对PHP启动和传热的影响。采用闭式3回路铜制PHP,垂直强制风冷散热，蒸发段电加热功率范围10—105 W。PHP充液率约50%,GO及RGO纳米流体质量分数均为0.05%。研究表明：在水中添加GO及RGO有助于改善PHP的启动及传热。加热功率为20 W时，GO及RGO纳米流体的强化作用率分别为37.4%和16.7%。随着加热功率的增加，强化作用有所下降。对于RGO纳米流体，当加热功率为105 W时，强化作用基本消失。与RGO相比，GO纳米流体的强化作用更大。主要归因于GO纳米流体湿润性、分散性及稳定性较好，表面张力及黏度较小。     

氧化石墨烯的酸性还原及其超级电容性能

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),在酸性条件(pH=5)下以180°C进行水热还原,通过调节水热反应时间来制备不同还原程度的还原氧化石墨烯(RGO)。研究了不同的水热反应时间对RGO结构及超级电容性能的影响。结果表明：控制水热反应时间可以制备出还原程度不同的RGO,在电化学测试中,随着水热反应时间的延长,RGO电极的比电容呈先上升后下降的趋势。当水热反应时间为6 h时,RGO电极表现出最佳的超级电容性能,其在1 A/g电流密度下比电容达到251 F/g,相对于GO电极提高了225%。经过500次充放电循环后,RGO-6电极比电容保持率达到92%,具有优异的循环稳定性。     

石墨烯携载无机纳米粒子的制备及拉曼性能研究

通过原位复合的方法,在石墨烯片层间掺杂纳米银颗粒,制备出石墨烯/银纳米杂化材料(RGO/Ag)。利用紫外吸收光谱、傅里叶红外光谱、透射电子显微镜(TEM)、XRD、拉曼光谱等对氧化石墨烯(GO)、还原氧化石墨烯(RGO)和石墨烯/银纳米杂化材料(RGO/Ag)进行表征。发现复合材料中的银对石墨烯/银材料有拉曼增强作用,结合TEM对这种增强作用进行研究,发现银颗粒的团聚对这种增强作用有减弱作用。     

石墨烯携载无机纳米粒子的制备及拉曼性能研究

通过原位复合的方法,在石墨烯片层间掺杂纳米银颗粒,制备出石墨烯/银纳米杂化材料(RGO/Ag)。利用紫外吸收光谱、傅里叶红外光谱、透射电子显微镜(TEM)、XRD、拉曼光谱等对氧化石墨烯(GO)、还原氧化石墨烯(RGO)和石墨烯/银纳米杂化材料(RGO/Ag)进行表征。发现复合材料中的银对石墨烯/银材料有拉曼增强作用,结合TEM对这种增强作用进行研究,发现银颗粒的团聚对这种增强作用有减弱作用。     

用一步法原位制备氢化丁腈橡胶/还原氧化石墨烯纳米复合材料

将氢化丁腈橡胶(HNBR)与石墨烯二维纳米材料(GO)共混以提高其导电和导热性能,采用乳液一步法还原制备了HNBR/还原氧化石墨烯(RGO)纳米复合材料。结果表明,丁腈橡胶(NBR)乳液中分子链的碳碳双键和GO经水合肼/过氧化氢/硫酸铜催化体系产生的活性中心二酰亚胺被同时进行加氢和还原,这在改善HNBR性能的同时简化了RGO纳米复合材料的制备工艺,制备过程没有毒性大的有机溶剂。HNBR/RGO纳米复合材料的氢化度为61%,I_D/I_G为1. 36,说明NBR/GO中分子链双键和GO经一步法得到还原。采用一步法可将RGO在HNBR基质中均匀分散。HNBR/RGO纳米复合材料的力学性能和热性能因RGO的存在得以大幅度改善。     

聚吡咯/氧化石墨烯复合材料的制备及电化学性能研究

分别采用物理球磨混合法、化学原位聚合法和化学原位聚合-还原法制备了聚吡咯/氧化石墨烯混合物、聚吡咯/氧化石墨烯(PPy/GO)和聚吡咯/还原氧化石墨烯(PPy/RGO)复合材料。通过三电极测试其电化学性能(循环伏安、恒流充放电和交流阻抗)。结果表明,通过化学原位聚合法制备的PPy/GO(304. 5 F/g)比电容远高于物理混合(16 F/g)和聚吡咯/还原氧化石墨烯(126. 4 F/g)。化学法原位聚合法制备PPy/GO最佳条件是冰浴条件下和加入表面活性剂对羟基苯磺酸钠。并通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对化学原位制备的PPy/GO组成、结构和形貌进行了表征。     

功能填料的制备及其对硅树脂涂层性能的影响

为了提高涂层的防腐蚀性能,首先以植酸为掺杂剂,采用化学氧化法制备磷化聚苯胺(P-PANI);再采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO)并对其进行还原得到还原氧化石墨烯(RGO),然后将P-PANI、RGO作为功能填料加入到硅树脂(SiR)中,刷涂在镁锂(Mg-Li)合金表面制备了P-PANI/RGO/SiR复合涂层。用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)表征了功能填料的结构和形貌;研究了功能填料对涂层基本性能、疏水性能和防腐蚀性能的影响。结果显示:同时加入P-PANI和RGO的SiR涂层表现出较好的性能,干湿附着力均为0级,接触角为97.24°,腐蚀电流密度仅为4.03×10~(-7) A×cm~(-2),腐蚀防护效率高达97.64%。     

隔离结构还原氧化石墨烯/天然橡胶导电复合材料的制备及其电性能研究

以氧化石墨烯(GO)和天然胶乳为主要原材料,通过冷冻干燥技术制备具有隔离结构的还原氧化石墨烯(RGO)/天然橡胶(NR)导电复合材料,对其电性能进行研究。结果表明:通过冷冻干燥法在NR基体中构筑RGO隔离结构,RGO/NR复合材料的交流电导率和介电常数随RGO体积分数的增大而增大;隔离结构大幅降低了复合材料的电逾渗阈值,并赋予复合材料优异的应变敏感特性。     

氧化石墨烯还原方法的研究进展

石墨烯的制备对于石墨烯的理论研究和应用研究起着重要的作用,化学氧化还原法是制备石墨烯最为重要的方法之一。综述了近年来氧化石墨烯的还原剂还原法、高温热处理还原法、电化学还原法、溶剂热还原法、催化还原法、微波还原法等多种还原方法,分析了目前各种常用还原方法的优缺点,并进一步提出氧化石墨烯还原方法未来的几个研究方向：还原前后原子结构变化及还原机理研究;新型还原方法或多种还原方法联用的研究;还原氧化石墨烯和制备复合物同时进行的研究。     

氧化石墨烯浸轧-还原法制备导电棉织物

采用超声氧化剥离法制备氧化石墨烯（GO），通过浸轧法将GO溶液整理到棉织物上，经过烘干、还原得到还原氧化石墨烯（RGO）整理棉织物。探讨了GO浓度，GO溶液pH、还原条件、浸轧-还原次数等因素对RGO整理棉织物导电性能的影响，采用SEM和Raman光谱对整理棉织物进行表征。研究结果表明，当GO溶液pH=6，质量浓度2.5 g/L，采用质量浓度5 g/L的保险粉于90 ℃对浸轧GO烘干后的棉织物还原30 min，整理棉织物的表面电阻值降低至2220 Ω，经过4次和8次浸轧-还原后棉织物表面电阻值可降低至270 Ω和130 Ω。通过SEM发现RGO能在棉纤维表面形成薄膜并包覆纤维，且随着浸轧-还原次数的增加，棉织物表面沉积的RGO逐渐增多。Raman光谱较好地证实了GO在棉织物表面的沉积，且GO较充分地还原成RGO。通过对整理棉织物的耐洗性能测试发现整理织物的导电耐久性较好。     

基于氢碘酸还原氧化石墨烯的研究

在石墨烯的多种制备方法中,我们选用氧化-还原法制备以保留石墨烯上的某些官能团,获得较高的电导率。我们采用改进Hummers法,以高锰酸钾与石墨粉质量比9∶1为原料,浓硫酸为溶剂更安全高效地制备氧化石墨烯(GO),避免高温氧化时大量破坏石墨的面内共轭结构。采用氢碘酸法、氢碘酸乙醇法、氢碘酸乙酸法三种途径来制备还原氧化石墨烯(r GO),比较发现氢碘酸乙酸还原法是温和高效的还原策略,即在一定量乙酸及55%的氢碘酸的混合液中,氧化石墨烯粉末在40℃下还原2d,其电导率达14600S/m,高于其它两法。通过改进氧化还原条件,制备了仅边缘修饰,面内共轭结构几乎无破坏的石墨烯。制备的r GO在邻二氯苯中能够很好地分散,其后用含溴修饰剂对其进行了边缘修饰,引入了可作为反应位点的溴原子。     

双亲性PGAs气凝胶的制备及吸油性能

为解决单纯还原氧化石墨烯气凝胶力学性能差、无法重复进行油吸附的问题,以氧化石墨烯为原料、聚乙烯醇为交联剂、氨水为还原剂,通过化学还原法,制备了双亲聚乙烯醇还原氧化石墨烯(PGAs)气凝胶。通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TG)、循环压缩、接触角和吸附测试等表征手段,研究了PGAs气凝胶的结构组成和性能。结果表明,PGAs气凝胶具有双亲性,对有机溶剂氯仿的吸附容量达到176 g·g~(-1);聚乙烯醇的加入提升了PGAs的力学性能和弹性,在50%的应变下应力可达48 kPa,且循环20次后不破损,仍保持三维多孔结构。     

原位聚合法制备PANI/RGO导电复合材料的性能

采用原位聚合法制备聚苯胺(PANI)、PANI/氧化石墨烯(GO)复合材料和PANI/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料。利用四探针测试仪、X射线衍射(XRD)仪、傅立叶变换红外光谱(FTIR)仪、热重(TG)分析仪和扫描电子显微镜(SEM)等对PANI及PANI/GO复合材料和PANI/RGO复合材料进行表征。电导率测试结果表明,当加入GO质量分数为50%时,先还原后聚合法制得PANI/RGO复合材料的导电率可达9.916 S/cm,RGO能有效提高复合材料的导电性;XRD和FTIR分析结果表明,GO和RGO都能较好分散在PANI中;TG分析结果表明,将GO还原为RGO后在小于250℃时能有效提高复合材料的热稳定性。通过原位聚合法能将GO和RGO较好分散在PANI中,形成较好的插层型复合材料,尤其是先还原后聚合法制得的PANI/RGO复合材料具有较好的导电性和热稳定性。     

碲化镉-还原氧化石墨烯复合物的合成与表征及光催化产氢性能的研究

采用溶剂热一锅法,合成了系列碲化镉-还原氧化石墨烯复合物CdTe-(RGO)_n(n=0.5, 1, 2, 4,7,n是反应前氧化石墨烯(GO)相对于CdCl_2·2.5H_2O的质量分数)。通过紫外吸收光谱、荧光发射光谱、傅里叶红外光谱、透射电子显微镜和X-射线衍射对它们迚行了表征。此外,选用抗坏血酸作为牺牲电子给体,在水溶液中构建了基于CdTe量子点和RGO的有效光催化产氢体系。相比于纯的CdTe量子点,引入RGO作为电子传输基质,有助于体系光催化放氢的产生。同时,在对比系列复合物CdTe-(RGO)_n(n=0.5, 1, 2, 4, 7)的光催化产氢性能后发现CdTe-(RGO)_1显示出最高的光催化活性。这一现象表明RGO的含量和CdTe-(RGO)_n光催化产氢活性具有相关性,合适负载量的RGO对于优化CdTe-(RGO)_n体系的光催化放氢性能具有重要的意义。     

石墨烯/热塑性聚氨酯薄膜的制备及性能

采用热还原的方法由氧化石墨烯(GO)制备得到还原石墨烯(RGO),并将两种石墨烯与热塑性聚氨酯(TPU)复合制得纳米复合材料薄膜。进而考察了两种纳米复合材料薄膜的导电、导热及力学性能。结果表明:在TPU中加入GO能够得到高导热、低导电的纳米复合材料,而加入RGO则得到高导热、高导电的纳米复合材料;同时,GO和RGO的加入,均能显著提高TPU的拉伸强度和模量。