Hummers法合成石墨烯的关键工艺及反应机理

采用经典的Hummers法合成石墨烯,对合成温度、反应时间、氧化剂的添加量、还原剂的加入量等实验条件进行改变,研究了影响合成的关键工艺。结果表明:控制高温反应的温度在90～100℃范围内是提高产率最为关键的因素。控制低温反应的温度接近0℃,中温反应的温度为30～45℃,保证反应时间分别大于30min和60min,并添加过量的氧化剂,可以使产率得到一定的提高。     

改良氧化还原法制备石墨烯及其电学性能研究

为减少水合肼还原氧化石墨烯带来的污染并获得完整的石墨烯结构,采用改良Hummers法制备氧化石墨烯并通过维他命C对氧化石墨烯进行还原制备石墨烯。采用X射线衍射仪、拉曼光谱仪对制备的石墨烯结构进行表征,通过扫描电子显微镜观察石墨烯形貌,采用同步热分析仪及四探针测试法对石墨烯进行了性能表征;对比了维他命C和水合肼对石墨烯结构及性能的影响。结果表明,改良Hummers法缩短了氧化石墨烯的制备时间,且制备的氧化石墨烯电阻率较小,用维他命C还原法制备的石墨烯表面形貌更为平整,缺陷更少,性能更优,适合用作电极材料。     

氧化还原法制备石墨烯及其表征

采用改进的Hummers法氧化处理石墨粉制得氧化石墨,利用超声波作用将氧化石墨剥离,得到均匀分散的氧化石墨烯胶状悬浮液,然后在水合肼的还原作用下得到石墨烯。采用SEM、XRD以及Raman光谱对样品进行了形貌、结构以及谱学的表征分析。考察了还原过程中温度对还原效果的影响,以及中性条件下、碱性条件下水合肼用量对还原效果的影响。     

甲苯二异氰酸酯插层改性氧化石墨烯

采用Hummers法制备了氧化石墨,将过量的甲苯二异氰酸酯(TDI)加入到氧化石墨的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中反应,采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)等对最终产物进行表征。结果表明:该法制备的功能化氧化石墨烯(TDI-GO)表面含有苯环和异氰酸酯(-NCO)基团;由于TDI的插层作用使得GO在12°左右的结晶衍射峰完全消失。将上述TDI-GO分散在不同的溶剂中,发现其在有机溶剂如N,N-二甲基酰胺(DMF)、丙酮(MEK)、二氯甲烷(DCM)中均具有较好的分散性能,不能分散于水中;由于表面含有活性的-NCO基团,该功能化氧化石墨烯可用于制备含其它功能基团石墨烯的载体,也可用于制备石墨烯与聚合物之间有化学键连接的功能性复合材料。     

机械研磨法还原氧化石墨及其结构表征

本文采用改进的Hummers法对天然鳞片石墨进行氧化处理制备氧化石墨,并采用机械研磨还原法,制备了还原的氧化石墨样品,研究了机械研磨时间对还原性氧化石墨导电性的影响。采用XRD、红外光谱和紫外光谱对样品进行了结构,谱学和化学成分表征,发现机械研磨能使氧化石墨的含氧官能团减少;在一定时间内研磨能还原氧化石墨,研磨时间过长又会重新氧化;机械研磨20h,还原性氧化石墨样品的导电性最高,为26S/cm,继续研磨,还原性氧化石墨样品的导电性又会下降。结果表明,机械研磨法能够还原氧化石墨,且与研磨时间有关,为还原氧化石墨的研究提供了新的参考。     

石墨烯/氧化石墨烯-聚乳酸的制备与表征

通过优化Hummers法制备了氧化石墨烯,并用水合肼还原法制备了石墨烯,且对自制的石墨烯和氧化石墨烯进行了测试及分析;然后通过溶液插层法制得纳米级聚乳酸/石墨烯和聚乳酸/氧化石墨烯复合材料,并对其分散性、热学性能以及力学性能进行了分析。对石墨烯和氧化石墨烯的表征结果说明,水合肼可以还原氧化石墨,所制备的石墨烯纯度较高。对聚乳酸/石墨烯和聚乳酸/氧化石墨烯复合材料的性能分析结果表明,在聚乳酸的结晶度、结晶速率和对聚乳酸的结晶成核上,石墨烯比氧化石墨烯具有更优异的表现,但在热稳定性能方面,氧化石墨烯比石墨烯优异;在力学性能方面,有增强和降低两种影响,添加少量氧化石墨烯时聚乳酸的力学性能降低,而含质量分数为0.5%的石墨烯复合材料在拉伸实验和冲击实验中的增强效果较为明显。     

氧化石墨烯负载无纺布复合膜的制备及光热转换性能

氧化石墨烯(GO)是一种性能良好的光热转换材料,广泛用于海水淡化、光电转换和太阳能利用等领域。为了测试GO负载无纺布膜(GO膜)和聚乙烯醇-氧化石墨烯无纺布复合膜(PVA-GO复合膜)的光热水蒸发特性,通过改进Hummers方法制备GO,选取了纤维素和聚酯类型的无纺布,通过浸泡-超声法制得GO膜和PVA-GO复合膜。运用紫外-可见-近红外光谱仪分析了GO膜和PVA-GO复合膜的吸光性能,并通过电子天平测量GO膜和PVA-GO复合膜的蒸发水量。由于PVA具有亲水性,能增大膜的吸水性,因而PVA加入会使蒸发水量增大。通过SEM分析GO膜和PVA-GO复合膜表面特征,发现无添加PVA的GO膜是纤维丝状结构,且纤维清晰可见。加入PVA后,纤维被PVA包裹,说明膜对光的吸收能力增强。当加入6wt% PVA时,无纺布纤维被PVA完全包裹。当用氙灯对两种膜进行水蒸发实验时,GO膜的蒸发速率达到了1.67 kg/(m2·h),PVA-GO复合膜的蒸发速率达到了1.85 kg/(m2·h)。此外,GO膜中出现GO层状结构,在紫外-可见-近红外光谱分析中表现出较好的吸光能力,在光热蒸发实验中表现出较好的光热转换能力。PVA-GO复合膜在PVA质量浓度为4wt%时有较好的光热转换性能和吸光性。      

氧化石墨烯制备石墨烯的研究进展

近年来,石墨烯已成为世界各国学者研究的热点。由石墨粉先制备氧化石墨烯进而制备石墨烯成为了石墨烯最重要的制备方法。本文综述了氧化石墨烯制备石墨烯的主要方法:化学法、热法、微波法、电化学法、水热法、碱法等,并对各方法的优缺点进行了阐述,最后对石墨烯的未来进行了展望。     

硫化铜/氧化石墨烯复合材料的制备与表征

首先采用Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),反应体系为浓硫酸加硝酸钠,高锰酸钾为氧化剂,反应过程可分低温(4℃以下反应2h)、中温(38℃反应2h)和高温(98℃反应2h)3个阶段,将4g石墨经过强酸氧化得到氧化石墨烯(GO)。以制备的GO为结构单元,采用水热合成法将GO与硫化铜(CuS)进行复合,并以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂来制备CuS/GO复合材料。制得的CuS/GO复合材料,为薄片结构单元叠加而成,形貌类似花瓣,大小均一,尺寸为5μm,具有较好的分散性,没有出现团聚现象。     

利用维生素C和茶多酚还原氧化石墨烯及其表征

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(Graphene oxide,GO),以环境友好和具有较强还原能力的茶多酚和维生素C为还原剂还原GO制备还原氧化石墨烯(Reduced graphene oxide,RGO).傅里叶变换红外光谱(FT-IR)测得还原后的RGO的含氧官能团吸收峰明显降低,在X射线衍射图谱(XRD)中观察到还原后的RGO的吸收峰位置的变化,原子力显微镜(AFM)观察到样品的厚度.这些表征数据表明实验采用的两种还原剂成功还原了GO制备出RGO.     

PAM/GO复合材料制备及驱油性能研究

利用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(Graphene oxide,GO),并利用原位聚合法引入丙烯酰胺(AM),制备PAM/GO复合材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、激光粒度分析和驱油实验等分析方法对PAM/GO复合材料的官能团和驱油性能进行了研究。X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)实验结果表明,PAM/GO的谱图中,在2θ=9.4°的氧化石墨的特征峰消失,在2θ=23°出现一个宽的衍射峰,说明PAM/GO为无定形结构,也说明氧化石墨与PAM兼容性良好,没有发生明显的团聚。傅里叶变换红外光谱分析表明,PAM/GO红外谱图中具有很明显的丙烯酰胺特征峰,说明丙烯酰胺成功引入到氧化石墨烯中。激光粒度分析结果表明,石墨烯复合材料的平均粒径范围在0.19~1.45μm。界面张力分析表明,0.3%浓度的石墨烯材料降低油水界面张力的能力较好,与注入水相比,能将油水界面张力从101降低到100数量级左右。PAM/GO复合材料应用于低渗透岩心的动态驱替实验表明,0.3%浓度的石墨烯复合材料对低渗透油藏提高采收率在10%左右,且驱替压力变化平稳,不会对地层造成堵塞伤害。     

Structural and Optical Properties of Graphene Oxide Prepared by Modified Hummers’ Method

Graphene oxide was synthesized from graphite flakes using modified Hummers’ method. The interlayer spacings of graphite, graphite oxide and graphene oxide were measured using X-ray diffraction technique. The C/O atomic ratios of graphite oxide and graphene oxide were calculated from XPS measurements. The transformation of graphite to graphite oxide and finally to graphene oxide was clearly observed from the micro-Raman spectroscopy data and was confirmed from the FESEM micrographs. UV-VIS-NIR spectrophotometer was used to study the absorbance of graphene oxide and reduced graphene oxide samples. Finally, the chemically reduced graphene oxide was heat-treated in air to obtain chemically modified graphene.     

From Graphite to Graphene Oxide and Graphene Oxide Quantum Dots

Many methods have been reported for synthesizing graphene oxide (GO) and graphene oxide quantum dots (GOQDs) where a tedious operational procedure and long reaction time are generally required. Herein, a facile one‐pot solvothermal method that allows selective synthesis of pure GO and pure GOQDs, respectively is demonstrated. What is more, the final product of either GO or differently sized GOQDs can be easily controlled by adjusting the reaction temperatures or reactant ratios, which is also feasible when enlarged to gram scale. The 2.5 nm GOQDs show excellent photoluminescence that can be utilized for bioimaging or distinctive detection of Eu³⁺ and Tb³⁺ from their respective mixtures with other rare earth and/or transition metal ions, at sub‐ppm level.     

Improved Biocompatibility of Amino‐Functionalized Graphene Oxide in Caenorhabditis elegans

Graphene oxide (GO) holds high promise for diagnostic and therapeutic applications in nanomedicine but reportedly displays immunotoxicity, underlining the need for developing functionalized GO with improved biocompatibility. This study describes adverse effects of GO and amino‐functionalized GO (GONH₂) during Caenorhabditis elegans development and ageing upon acute or chronic exposure. Chronic GO treatment throughout the C. elegans development causes decreased fecundity and a reduction of animal size, while acute treatment does not lead to any measurable physiological decline. However, RNA‐Sequencing data reveal that acute GO exposure induces innate immune gene expression. The p38 MAP kinase, PMK‐1, which is a well‐established master regulator of innate immunity, protects C. elegans from chronic GO toxicity, as pmk‐1 mutants show reduced tissue‐functionality and facultative vivipary. In a direct comparison, GONH₂ exposure does not cause detrimental effects in the wild type or in pmk‐1 mutants, and the innate immune response is considerably less pronounced. This work establishes enhanced biocompatibility of amino‐functionalized GO in a whole‐organism, emphasizing its potential as a biomedical nanomaterial.     

氧化石墨烯纳米带杂化粒子和石墨烯纳米带的研究进展

氧化石墨烯纳米带杂化粒子是将氧化石墨烯纳米带(GONRs)与其他纳米粒子经π-π键、氢键等结合方式复合在一起,通过这种特殊的结合形态一方面可以有效地防止GONRs的聚积,另一方面新的纳米粒子的引入能够赋予该杂化材料某些特殊的性能,从而有利于充分发挥GONRs杂化材料在聚合物改性等领域的综合性能。本文综述了氧化石墨烯纳米带杂化粒子的制备方法、性能和应用现状。此外,针对GONRs的还原产物石墨烯纳米带(GNRs)的结构、性能、制备方法及其应用领域也进行了系统性地论述。相关研究表明,氧化石墨烯纳米带杂化粒子的设计与制备是氧化石墨烯纳米带迈向实用领域的一个有效途径,而石墨烯纳米作为石墨烯的一种特殊结构的二维变体,继承了石墨烯优良的导电和导热等性能,同时特殊的边缘效应,因而呈现出了更广阔的应用潜力。     

石墨烯改性聚氨酯超疏水泡沫的制备与表征

报道了一种将石墨烯共价接枝到聚氨酯泡沫表面制备超疏水泡沫的方法。制备过程包括4个主要环节:(1)利用优化的Hummers法制备氧化石墨烯;(2)通过十二烷二胺对氧化石墨烯进行改性在石墨烯表面引入伯胺基团;(3)制备含有腈基的聚氨酯泡沫;(4)通过伯胺与腈基反应将石墨烯化学接枝到聚氨酯泡沫表面制备超疏水泡沫。采用傅里叶变换红外光谱、原子力显微镜、热重分析对接枝产物进行表征,证明了带有伯胺的石墨烯已成功接枝到聚氨酯泡沫上。利用接触角、油水混合物对制备的超疏水泡沫进行测试。结果表明,此方法制备的超疏水聚氨酯泡沫具有优良的疏水性,聚氨酯泡沫与水的接触角由未改性的121.4°增大到166.2°,同时发现此方法制备的聚氨酯泡沫的超疏水性具有很好的稳定性。