氧化石墨烯的制备方法总结

氧化石墨烯的制备方法：方法一：由天然鳞片石墨反应生成氧化石墨，大致分为3个阶段，低温反应：在冰水浴中放入大烧杯，加入110mL浓H2SO4，在磁力搅拌器上搅拌，放入温度计让其温度降至4℃左右。加入-100目鳞片状石墨5g，再加入2.5gNaNO3，然后缓慢加入15gKMnO4，加完后记时，在磁力搅拌器上搅拌反应90min，溶液呈紫绿色。中温反应：将冰水浴换成温水浴，在磁力搅拌器搅拌下将烧杯里的温度控制在32~40℃，让其反应30min，溶液呈紫绿色。高温反应：中温反应结束之后，缓慢加入220mL去离子水，加热保持温度70~100℃左右，缓慢加入一定双氧水(5%)进行高温反应，此时反应液变成金黄色。反应后的溶液在离心机中多次离心洗涤，直至BaCl2检测无白色沉淀生成，说明没有SO42-的存在，样品在40~50℃温度下烘干。H2SO4、NaNO3、KMnO4一起加入到低温反应的优点是反应温度容易控制且与KMnO4反应时间足够长。如果在中温过程中加入KMnO4，一开始温度会急剧上升，很难控制反应的温度在32~40℃。技术路线图见图1。方法二：Hummers方法采用Hummers方法[5]250mL的2g石墨粉和1g加入6g2035℃左右30min20min5%HCl溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止。最后将滤饼置于60℃的真空干方法三：修正的Hummers方法采用修正的Hummers方法合成氧化石墨，如图1中(1)过程。即在冰水浴中装配好250mL的反应瓶，加入适量的浓硫酸，磁力搅拌下加入2g石墨粉和1g硝酸钠的固体混合物，再缓慢加入6g高锰酸钾，控制反应温度不超过10℃，在冰浴条件下搅拌2h后取出，在室温下搅拌反应5d。然后将样品用5%的H2SO4（质量分数）溶液进行稀释，搅拌2h后，加入6mLH2O2，溶液变成亮黄色，搅拌反应2h离心。然后用浓度适当的H2SO4、H2O2混合溶液以及HCl反复洗涤、最后用蒸馏水洗涤几次，使其pH~7，得到的黄褐色沉淀即为氧化石墨(GO)。最后将样品在40℃的真空干燥箱中充分干燥。将获得的氧化石墨入去离子水中，60W功率超声约3h，沉淀过夜，取上层液离心清洗后放入烘箱内40℃干燥，即得片层较薄的氧化石墨烯，如图1中(2)过程。方法四：超声辅助Hummers法制备氧化石墨烯该方法主要包含了低温、中温、高温3个反应阶段。研究表明[8]：低温反应主要发生硫酸分子在石墨层间插层；中温反应主要发生石墨的深度氧化；高温反应过程则主要发生层间化合物的水解反应。低温反应插层充分，中温反应深度氧化完全，高温反应水解彻底，是获得层间距较大氧化石墨的有效途径之一，这种层间距较大的氧化石墨不仅有利于其他分子、原子等插入层间形成氧化石墨插层复合材料，而且易于被剥离成单层氧化石墨，为进一步制备单层石墨烯打下基础。1.2.1Hummers法制备氧化石墨烯低温反应：量取23mL浓硫酸倒入烧杯，烧杯放入冰浴中冷却至4℃以下，称取1g石墨粉和0.5g硝酸钠放入烧杯，1h以后缓慢加入3g高锰酸钾，控制温度不超过10℃，反应时间共约2h；中温反应：把烧杯移至恒温水浴锅，水浴温度控制在38℃反应0.5h，保持搅拌；高温反应：在所得混合液中缓慢加入80mL的去离子水，保持混合液温度~95℃反应30min，期间保持适度搅拌；高温反应后加入约60mL去离子水中止反应，加入15mL(30Vol%)的双氧水，待反应约15min后再加入40mL(10Vol%)的盐酸溶液。低速离心洗涤去除过量的酸及副产物，将洗涤后呈中性的氧化石墨分散于水中，超声震荡剥离40min，超声结束后在2500r·min-1转速下离心30min，上层液即是氧化石墨烯悬浊液。1.2.2预氧化-Hummers法制备氧化石墨烯将30mL浓H2SO4，10gK2S2O8，10gP2O5置于三口烧瓶中，加热至80℃后加入20g石墨粉后保温6h，自然冷却至室温后，稀释，抽滤，洗涤直至中性，室温下自然干燥。取1g预处理过的样品进行Hummers法制备氧化石墨烯(见1.2.1)。1.2.3低中温超声辅助Hummers法合成氧化石墨烯低温反应：量取23mL浓硫酸倒入烧杯，烧杯放入冰浴中冷却至4℃以下，称取1g石墨粉和0.5g硝酸钠放入烧杯，开启超声，1h以后缓慢加入3g高锰酸钾，关闭超声并开始搅拌，控制温度不超过10℃，反应时间共2h；中温反应：把烧杯移至水浴锅，开启超声，水浴温度控制在38℃反应0.5h；高温反应：把所得混合液缓慢加入约100mL的低温去离子水中，接着将以上混合液置于~95℃水浴中反应30min，期间保持适度机械搅拌；高温反应后加入60mL去离子水中止反应，随后加入25mL(30Vol%)的双氧水，待反应约15min后再加入40mL(10Vol%)的盐酸溶液溶解。低速离心洗涤去除过量的酸及副产物，将洗涤后呈中性的氧化石墨分散于水中，超声振荡剥离40min，超声结束后在2500r·min-1转速下离心30min，上层液即是氧化石墨烯分散液。1.2.4低温超声辅助Hummers法合成氧化石墨烯除把中温反应的超声振荡改为搅拌以外，其他均与1.2.3合成工艺相同。1.2.5中温超声辅助Hummers法合成氧化石墨烯除在低温反应阶段只使用搅拌(不使用超声振荡)以外，其他均与1.2.3合成工艺相同。方法五：温老师的方法The500-meshflakegraphite(1g)andNaNO3(0.75g)weredissolvedin75mL98wt%H2SO4undermagneticstirringinice-waterbathandKMnO4(4.5g)wereaddedgently.Aftercompletionoftheaddition,thereactionmixturewasstirredcontinuouslyfor2h.Then,thereactionwasallowedtoreactfor5daysatroomtemperature.Afterward,KMnO4(2.25g)wasaddedgraduallytothereactionmixturewithin2hunderanicewaterbathandthenkeepthereactionforanother5days.Afterraisingthetemperatureto90C,140mL5wt%H2SO4wasaddedgraduallytothereactionmix-tureundermagneticstirringfor2h.Thetemperaturewasthendecreasedto60C,and3mL30wt%H2O2wasaddedtothereactionproduct.Theas-preparedGOwaspurifiedbyrepeatedcentrifugationandwashingprocessaccordingtotheliterature.1