氧化石墨烯的制备和表征

石墨烯复合材料的制备、表征及性能郝丽娜【摘要】石墨烯属于一种二维晶体结构,它是由碳原子紧密堆积而成,其中有富勤烯、石墨以及碳纳米管等基本单元,这些都是碳的同位异形体.石墨烯在力学领域、电学领域、热学领域以及光学领域等都发挥出其优越的性能,因此,这一复合材料在当今已经成为了科学领域和物理学领域之中研究的焦点.对石墨烯复合材料的制备、表征以及性能进行分析,希望可以对石墨烯的应用与研究起到一定的帮助.%Graphene belongs to a two-dimensional crystal structure,which is formed by the close packing of carbon atoms.There are basic units such as rich olefins,graphite and carbon nanotubes,which are allomorphs of carbon.Graphene has exerted its superior performance in various fields such as mechanics,electricity,heat,and optics.Therefore,this composite material has become the focus of research in the fields of science and physics.This paper is to analyze the preparation,characterization and performance of graphene composites,and hope to help the applicationand research of graphene.【期刊名称】《化工设计通讯》【年(卷),期】2019(045)009【总页数】2页(P128-129)【关键词】石墨烯复合材料;制备;表征;性能【作者】郝丽娜【作者单位】齐齐哈尔工程学院,黑龙江齐齐哈尔 161005【正文语种】中文【中图分类】TB332 ;TM53因为石墨烯所具有的二维晶体结构是比较特殊的，所以其纵横比很高、电子迁移率也很高，这就使得石墨烯在储能领域之中的应用前景十分广泛。

石墨烯的制备及表征李亮;胡军;班兴明;陈郁勃【摘要】为了得到高性能的石墨烯材料,采用水合肼、茶多酚与抗坏血酸3种不同的还原剂将氧化石墨烯还原制备得到石墨烯.通过红外光谱、X射线衍射、接触角对产物的结构进行表征,采用四探针法测试电导率,循环伏安法和计时电位法测试电化学性能.水合肼、茶多酚与抗坏血酸这3种还原剂都能有效地将氧化石墨烯结构中的亲水基团去除,得到疏水的石墨烯.通过比较3种还原剂制备的石墨烯的电化学性能,发现通过茶多酚还原得到的石墨烯的导电性能最好,当电流密度为3 A/g时,茶多酚还原得到的石墨烯电容性能达到609 F/g,保持率达到87.71％.这表明由茶多酚还原得到的石墨烯具有更为优良的电化学性能.【期刊名称】《武汉工程大学学报》【年(卷),期】2014(036)008【总页数】5页(P46-50)【关键词】石墨烯;茶多酚;电化学性能【作者】李亮;胡军;班兴明;陈郁勃【作者单位】武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北武汉430074;武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北武汉430074;武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北武汉430074;武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】O633石墨烯因其优异的电学﹑光学和机械性能被科学界称作奇迹材料[1-2]，吸引了众多科学家和大量科研资金的投入，石墨烯的发现更是获颁 2010年度诺贝尔物理学奖[3-5].石墨烯最常用的制备方法是氧化还原法，步骤是先将石墨氧化成氧化石墨，再将氧化石墨剥离成氧化石墨烯，最后将氧化石墨烯还原成石墨烯.过程中常用到的氧化剂为高锰酸钾，高氯酸等，常用的还原剂为水合肼，联氨等.本文分别采用传统的水合肼，茶多酚，抗坏血酸作为还原剂，将氧化石墨烯还原成石墨烯，并将不同还原剂还原得到的石墨烯产物的电化学性能进行对比研究.1 实验部分1.1 石墨烯的制备方法a.水合肼作为还原剂：取一定量氧化石墨烯放入30 mL蒸馏水中，超声分散30 min后加水稀释至100 mL.用25%的氨水调节pH=10.向氧化石墨烯悬浮液中加入2 mL水合肼，使其混合均匀.加热至90 ℃，搅拌5 h.将所得产物过滤，用蒸馏水洗涤，真空60 ℃干燥24 h.密封保存，备用.b.茶多酚作为还原剂：取2 g绿茶粉加入到100 mL蒸馏水中，煮沸.过滤掉剩余茶叶粉末，绿茶水备用.取一定量氧化石墨烯加入到上述绿茶水中，加热至90 ℃，搅拌10 h.将产物过滤，用蒸馏水洗涤，真空60 ℃干燥24 h.密封保存，备用.c.抗坏血酸作为还原剂：取一定量氧化石墨烯放入30 mL蒸馏水中，超声分散30 min后加水稀释至100 mL.取一定量维生素C片研磨成粉末，加入氧化石墨烯悬浮液中，搅拌使其混合均匀.加热至90 ℃，搅拌24 h.将所得产物过滤，用蒸馏水洗涤，真空60 ℃干燥24 h.密封保存，备用.1.2 石墨烯的表征红外光谱(FT-IR)测试采用TJ270红外光谱仪，X射线衍射(XRD)测试采用BrukerD8 X射线粉末衍射仪.电化学性能测试是以1 moL/L KCl溶液为电解液，将产物固定在铂盘电极上作为工作电极，铂丝为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极的三电极体系中进行.2 结果讨论与分析2.1 红外光谱分析(FT-IR)图1为采用不同还原剂还原氧化石墨制备的石墨烯的红外光谱图.从图中可以看出不同还原剂制备的石墨烯光谱图均在3 450 cm-1和1 632 cm-1处出现吸收峰，这与石墨原料的红外光谱图基本一致[6]，而未出现氧化石墨中一些极性基团的吸收峰，说明在还原剂的作用下，石墨烯中的含氧官能团大大减少，还原效果较好. 注：(a)水合肼，(b)茶多酚，(c)抗坏血酸图1 采用不同还原剂制备的石墨烯的红外光谱图 Fig.1 FTIR spectrum of graphene2.2 X-射线衍射分析(XRD)图2为产物的X射线衍射谱图，图中在2θ角为22.4°和7.2°出现了衍射峰，22.4°处的衍射峰对应石墨的(002)晶面，说明部分氧化石墨中的含氧官能团被除去了，同时说明石墨烯微晶排列较为无序或者存在较大的晶格缺陷，无法回到有序排列的状态.7.2°可能对应未氧化完全的氧化石墨(001)晶面的衍射峰.注：(a)水合肼，(b)茶多酚，(c)抗坏血酸图2 采用不同还原剂制备的石墨烯的XRD图 Fig.2 XRD patterns of graphene2.3 电导率表1为3种不同还原剂制备的石墨烯的电阻率和电导率数据.石墨在强氧化剂的作用下，其结构中的sp2结构和共轭π键被破坏，形成羟基，羧基及环氧基等极性官能团，形成sp3杂化的氧化石墨.结构层中的共轭π键被破坏，导致氧化石墨是绝缘体.氧化石墨经过还原剂还原后，其结构中的极性官能团被除去，恢复表面共轭结构，从而恢复期导电性.图中数据也说明了这一点，石墨烯(茶多酚)的电导率为2.604 S/cm，其导电性最好.表1 3种不同还原剂制备的石墨烯的电导率数据Tabel 1 Conductivities of graphene prepared by three different reducing agents样品电阻率/(Ω/cm)电导率/(S/cm)石墨烯(水合肼)0．5961．678石墨烯(茶多酚)0．3842．604石墨烯(抗坏血酸)0．472．1282.4 接触角从表2中可以看出，3种还原剂制备的石墨烯的接触角都大于90°，说明产物是完全疏水的，氧化石墨烯GO层状结构中含有大量的极性基团，例如羟基，羧基，羰基以及环氧基等，大大增强了GO的亲水性能，所以GO是完全溶于水的，可见还原过程GO结构中极性基团还原了，得到了疏水的层状石墨烯.表2 3种不同还原剂制备的石墨烯的接触角数据Tabel 2 Water contact angles of graphene prepared by three different reducing agents样品接触角/(°)石墨烯(水合肼)123．87石墨烯(茶多酚)92．62石墨烯(抗坏血酸)101．992.5 电化学性能测试石墨烯是由碳原子紧密堆积成的准二维层状结构物质，具有优异的电学性质，光学性质以及力学性质等.其结构中未成键的电子可以在晶格中自由移动，使其具有很好的导电性和电容性质，本文通过循环伏安法和恒电流充放电法对石墨烯的电容性质进行研究.图3为通过不同还原剂(分别为水合肼，茶多酚和抗坏血酸)还原氧化石墨制备石墨烯的循环伏安图，扫描速率分别为a:0.01 V/s，b:0.02 V/s，c:0.05 V/s，d:0.1 V/s.石墨烯(水合肼)的循环伏安曲线没有明显的氧化还原峰，并且曲线呈现近似的矩形形状，石墨烯(茶多酚)的循环伏安曲线有微弱的氧化还原峰，但是曲线整体也呈现矩形形状，对于石墨烯(抗坏血酸)曲线呈现规则的矩形，没有明显的氧化还原峰，说明3种还原剂制备的石墨烯材料都具有很好的电容性质.从图3(Ⅳ)中可以看出，石墨烯(水合肼)的循环伏安图面积最小，说明其电容最小，其次电容较小的是石墨烯(抗坏血酸)，循环伏安面积最大的是石墨烯(茶多酚)，说明其比电容最大，电化学性能最好.(Ⅰ)水合肼(Ⅱ)茶多酚(Ⅲ)抗坏血酸(Ⅳ)3种还原剂图3 不同还原剂合成石墨烯的循环伏安图Fig.3 Cyclic voltammograms of graphene reduced由图4(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)中可以看出，3种石墨烯材料的充放电曲线呈现良好的线性关系，并且对称性良好，说明这3种石墨烯材料的充放电可逆性良好，具有良好的电容特性.当电流密度为3 A/g时，根据计算石墨烯(茶多酚)的电容性能最好，其比容量最大，值为609 F/g，石墨烯(抗坏血酸)最大比容量为237.15 F/g，石墨烯(水合肼)的最大比容量为82.5 F/g，这也与循环伏安图计算的结果相一致.说明石墨烯(茶多酚)最适合做超级电容器电极材料.(Ⅰ)水合肼(Ⅱ)茶多酚(Ⅲ)抗坏血酸图4 不同还原剂合成石墨烯的充放电图Fig.4 Constant current charge/discharge curves图5为根据充放电图计算的石墨烯比电容与电流密度关系图.从图5可以看出随着电流密度的增大，比容量值逐渐减小.主要是因为在电流较小的情况下，石墨烯内部较深的孔洞都能发挥双电层电容的性质，使整个电路中的阻抗较小；当电流升高时，由于受扩散控制，石墨烯内部较深的孔不能被完全利用，电路中的阻抗增加，导致比电容下降.图5 根据充放电图计算的石墨烯比电容Fig.5 Constant currentcharge/discharge curves of graphene图6为石墨烯(水合肼)(a)石墨烯(抗坏血酸)(b)和石墨烯(茶多酚)(c)的循环次数图，从图中可以看出3种还原剂制备的石墨烯材料的循环性能很好.石墨烯(茶多酚)的初次放电容量为480.25 F/g，前200圈的比容量有相对较大幅度的损耗，损耗率约为4.14%，循环1 000圈后的放电比容量为451.33 F/g，总容量损耗率为6.02%，说明制备的石墨烯(茶多酚)的稳定性很好，具有很好的循环性能.而石墨烯(抗坏血酸)的初次放电容量为130.7 F/g，循环1 000圈后，放电比容量为114.63 F/g，总容量损耗为12.29%，石墨烯(水合肼)的初次放电比容量为80.4 F/g，循环1 000圈后，放电比容量为70.125 F/g，总容量损耗为12.77%.说明制备的石墨烯材料的电化学性能很好，稳定性良好，具有较好的循环性能.注：(a)水合肼，(b)抗坏血酸，(c)茶多酚图6 还原的石墨烯的循环圈数-电容保持率曲线比较图Fig.6 Comparison of cycle number and retention rate of capacitance of graphene3 结语分别用水合肼，抗坏血酸和茶多酚还原得到石墨烯，并分别测试了它们的性能，茶多酚还原得到石墨烯的导电性能最好，电容性能也最好.石墨烯具有很好的导电性，化学稳定性及热力学稳定性，有望被用于电子器件构造.致谢此研究受到国家自然科学基金委员会资助和武汉工程大学资金资助，特表感谢！参考文献：[1] LI D,MULLERr M B,GILJE S.Processable aqueous dispersions of graphene nanosheets[J].Nat Nano,2008,3:101-105.[2] JUNG I,DIKIN D A,PINER R D.Tunable electrical conductivity ofindividual graphene oxide sheets reduced at low temperatures[J].Nano Lett,2008,8:4283-4287.[3] GUO S J,DONG S J,WANG E K.Polyaniline/Pt hybrid nanofibers:high-efficiency nanoelectrocatalysts for electrochemicaldevices[J].Small,2009,5:1869-1876.[4] WANG H L,ROBINSON J T,LI X L.Solvothermal reduction of chemically exfoliated graphene sheets[J].J Am Chem Soc,2009,131:9910.[5] CHEN G H,WENIG W G,WU D.PMMA/graphite nanosheets and its conducting properties[J].Eur Polym J,2003,39:2329-2335.[6] CHANDRA S,BAG S,BHAR R,et al.Sonochemical synthesis and application of rhodium-graphene nanocomposite[J].J Nanoparticle Res,2011,13,2769-2777.。

第５１卷第７期２０２２年７月应　用　化　工ＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＶｏｌ.５１Ｎｏ.７Ｊｕｌ.２０２２

收稿日期:２０２１￣０４￣１６ 修改稿日期:２０２１￣０５￣２７基金项目:山东省中央引导地方科技发展项目(ＹＤＺＸ２０２０３７００００２５０１)作者简介:张笑娟(１９９７－)ꎬ女ꎬ河南西华人ꎬ哈尔滨工业大学(威海)在读硕士ꎬ师从任秀莲教授ꎬ主要从事氧化石墨烯的制备与纯化的研究ꎮ电话:187****8955ꎬE－ｍａｉｌ:ｚｈａｎｇｘｉａｏｊｕａｎｈｘｈｇ＠１２６.ｃｏｍ通信作者:任秀莲(１９６３－)ꎬ女ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ主要从事分离科学与技术的研究ꎮＥ－ｍａｉｌ:ｒｅｎｘｉｕｌｉａｎ＠１２６.ｃｏｍ

氧化石墨烯的制备方法、结构、性质及应用研究进展

张笑娟ꎬ魏琦峰ꎬ任秀莲(哈尔滨工业大学(威海)海洋科学与技术学院ꎬ山东威海　２６４２００)摘　要:对氧化石墨烯(ＧＯ)的制备与纯化方法进行了综述ꎬ总结了包括Ｂｒｏｄｉｅ法、Ｓｔａｕｄｅｎｍａｉｅｒ法、Ｈｕｍｍｅｒｓ法、有机物氧化法及电化学法等方法的优缺点ꎮ介绍了ＧＯ的动态结构模型、Ｌｅｒｆ￣Ｋｌｉｎｏｗｓｋｉ模型、两组分模型等结构模型ꎮ此外ꎬ对ＧＯ的机械性能、电化学、光学、热学性质以及在水和极性有机溶剂中的分散性能等进行了总结ꎮ基于ＧＯ可功能化改性等物理化学性质ꎬ对ＧＯ在复合材料、电池、废水处理等领域的应用进行了介绍ꎬ为氧化石墨烯及

石墨烯的功能材料开发提供了依据ꎮ关键词:氧化石墨烯ꎻ制备ꎻ结构ꎻ性质中图分类号:ＴＱ１２７.１１ꎻＴＢ３８３ 文献标识码:Ａ 文章编号:１６７１－３２０６(２０２２)０７－２１０６－０７

Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓꎬ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ

ＺＨＡＮＧＸｉａｏ￣ｊｕａｎꎬＷＥＩＱｉ￣ｆｅｎｇꎬＲＥＮＸｉｕ￣ｌｉａｎ(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｒｉｎｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ(Ｗｅｉｈａｉ)ꎬＷｅｉｈａｉ２６４２００ꎬＣｈｉｎａ)

石墨烯工艺流程石墨烯是一种具有独特结构和性质的二维材料，具有极高的导电性、热导率和机械强度，因此在电子、光电子、能源存储等领域具有广泛的应用前景。

石墨烯的制备工艺流程对于其性能和应用具有重要影响，下面将介绍一种常用的石墨烯制备工艺流程。

1. 原料准备。

石墨烯的制备原料主要包括天然石墨粉和氧化剂，其中氧化剂常用的有硫酸、硝酸等。

在制备过程中，需要严格控制原料的纯度和质量，以确保制备出的石墨烯具有良好的性能。

2. 氧化石墨粉制备。

首先将天然石墨粉与氧化剂混合，并在一定温度下进行氧化反应，生成氧化石墨粉。

这一步骤是制备石墨烯的关键，氧化石墨粉的质量和结构对最终石墨烯的性能有重要影响。

3. 氧化石墨粉还原。

经过氧化反应后的石墨粉需要进行还原处理，将氧化物还原成石墨烯。

常用的还原方法包括化学气相沉积法、化学溶液法等，其中化学气相沉积法可以制备大面积、高质量的石墨烯薄膜。

4. 石墨烯薄膜制备。

经过还原处理的石墨烯可以通过机械剥离、化学剥离等方法制备成薄膜状的石墨烯材料。

石墨烯薄膜的制备过程需要严格控制温度、压力等参数，以确保薄膜的质量和结构。

5. 石墨烯材料表征。

制备好的石墨烯材料需要进行结构表征和性能测试，包括扫描电子显微镜观察、拉曼光谱分析、电学性能测试等。

通过表征和测试可以评估石墨烯材料的质量和性能，为后续的应用研究提供重要参考。

总结。

石墨烯的制备工艺流程包括原料准备、氧化石墨粉制备、氧化石墨粉还原、石墨烯薄膜制备和石墨烯材料表征等步骤。

在每一步骤中都需要严格控制参数和条件，以确保制备出的石墨烯具有良好的性能和结构。

石墨烯的制备工艺流程对于其应用具有重要影响，随着技术的不断进步和创新，石墨烯的制备工艺也在不断完善和优化，为其在电子、光电子、能源存储等领域的应用提供了更广阔的发展空间。

石墨烯的合成与表征童小翠;王静;张瑾【摘要】Graphene sheets was a fascinating material with its tantalizing applied foreground. A prerequisite for ex- ploiting most proposed applications for graphene was to seek for a method that readily and simply produced graphene sheets in large quantities. By far, graphene sheets can be prepared by three techniques in general. Among them, oxidation and reduction processing graphene sheets was the most suitable for producing graphene sheets in large quantity. XRD, trans- mission electron microscopy and FT - IR spectra analysis indicated that graphene single sheets were readily synthesized through the chemical processing. Moreover, the crystal structure of the graphene nanosheets was maintained intact after chemical functionalisation.%由于其诱人的应用前景，石墨烯已经被看成一种极好的材料。

要扩大石墨烯的应用领域的一个先决条件就是找到一种简单方法能够大量生产石墨烯。

毕业论文题目：氧化还原法制备石墨烯的方法概述学院：专业：毕业年限：学生姓名：学号：指导教师：目录摘要 (2)关键词 (2)Abstract (2)Key words (2)I前言 (3)Ⅱ氧化还原法制备石墨烯 (3)2.1氧化石墨（GO）的制备 (4)2.1.1Brodie法 (5)2.1.2Staudenmaier法 (6)2.1.3Hummers法 (6)2.2氧化石墨（GO）的还原 (6)2.2.1热还原法 (6)2.2.2溶剂热还原 (7)2.2.3光照还原. (7)2.2.4化学液相还原 (7)Ш展望 (9)参考文献 (10)致谢 (13)氧化还原法制备石墨烯的方法概述摘要：近年来 , 石墨烯以其独特的结构和优异的性能, 在化学、物理和材料学界引起了广泛的研究兴趣。

人们已经在石墨烯的制备方面取得了积极的进展, 为石墨烯的基础研究和应用开发提供了原料保障。

本文大量引用近年来最新参考文献 , 综述了用氧化还原法制备石墨烯，并对它的发展前景进行了展望！关键词：氧化石墨，石墨烯 , 氧化还原法The Summarize of oxidation-reduction method for grapheneShaoqing Ma , Zhongai Hu(Northwest normal university, chemical engineering college, lanzhou, 730070)Abstract :In recent years, graphene with its unique structure and the outstanding performance, caused wide interests in the chemical, physical and material fields. People have made positive progress in the preparation of graphene,and have provided raw material guarantee for graphene of basic research and application development. This paper largely applied the latest references in recent years , reviewed the legal system with oxidation-reduction method for graphene and presented the development prospects.Key words : graphite oxide, graphene, oxidation-reduction methodI前言Partoens 等[1]研究发现 , 当石墨层的层数少于 10 层时 , 就会表现出较普通三维石墨不同的电子结构。

刖言本论文通过对氧化石墨烯进行真空抽滤，制备出了氧化石墨烯超滤分离膜。

研究了在压力驱动下，不同厚度的氧化石墨烯分离膜对有机染料溶液的分离性能。

本论文的主要研究内容如下：第一章简单介绍了石墨烯，氧化石墨烯和氧化石墨烯分离膜的结构、特性、制备及其表征方法。

第二章比较详细地介绍了氧化石墨烯及其超滤分离膜的制备方法，还介绍了本课题中用到的对氧化石墨烯的表征方法。

第三章研究了不同厚度的氧化石墨烯分离膜对有机染料溶液，包括伊文思蓝溶液和罗丹明B溶液的分离性能。

第四章介绍了对本研究课题的总结与展望。

-1 -1.氧化石墨烯渗透膜概述1.1石墨烯1.1.1石墨烯的结构2004 年，Un iversity of Man Chester 的An dre Geim 和Kon sta ntin Novoselov 第一次分离出来石墨烯，其分离方式也十分简单，其把石墨薄片粘在胶带上面，把带有粘性一面的胶带对折，然后把它揭开，如此石墨薄片就被胶带分开了。

不停地反复做这样一个过程，石墨薄片就会越来越薄，最后就可以获得一定量的石墨烯。

自此之后，科学界对石墨烯的研究开始兴起，石墨烯也变成了众多学科研究的热点。

图1-1二维石墨烯片层演变成C60、碳纳米管和石墨示意图⑴Fig.1-1 Chematic diagrams of 2D graphene sheets evolved into C60,carb on nano tubes and graphitE]如图1-1所示，石墨烯能够平行堆垛成3D的石墨，还能够卷曲成1D的纳米管，还能转变成0D的富勒烯球体。

图1-2石墨烯的三维结构图Fig.1-2 The three-dime nsional structure of graphe ne-2 -图1-3石墨烯的二维结构图Fig1-3 The two-dime nsional structure of graphe ne理想石墨烯（如图1-3 ）被认为是单层二维无限大的平面结构，看成是被剥离的一个原子厚度石墨分子层。

收稿日期：2010-04-16。

收修改稿日期：2010-06-28。

国家自然科学基金资助项目(No ．40502008)。

＊通讯联系人。

E -mail ：sunhongjuan@ ；会员登记号：S130010615S 。

第一作者：杨勇辉，男，26岁，硕士研究生；研究方向：纳米材料制备。

石墨烯的氧化还原法制备及结构表征杨勇辉1孙红娟＊,2彭同江2(1西南科技大学理学院，绵阳621010)(2西南科技大学矿物材料及应用研究所，绵阳621010)摘要：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，经超声分散，然后在水合肼的作用下加热还原制备了在水相条件下稳定分散的石墨烯。

用红外光谱、拉曼光谱、扫描探针显微镜和ζ电位仪对样品进行了结构、谱学、形貌和ζ电位分析。

结果表明，石墨被氧化后形成以C=O 、C -OH 、-COOH 和C -O -C 等官能团形式的共价键型石墨层间化合物；还原氧化石墨后形成的石墨烯表面的官能团与石墨的相似；氧化石墨烯和石墨烯在碱性条件下可形成稳定的悬浮液；氧化石墨烯和石墨烯薄片厚度为1.0nm 左右。

考察并讨论了还原过程中水合肼用量，体系反应温度、反应时间和pH 值对石墨烯还原程度和稳定性的影响，水合肼用量和反应时间是影响石墨烯还原程度的主要因素；pH 值对石墨烯稳定性影响较大。

关键词：石墨烯；氧化石墨；Hummers 法；氧化还原法中图分类号：O613.71文献标识码：A文章编号：100-4861(2010)11-2083-08Synthesis and Structural Characterization of Graphene by Oxidation ReductionYANG Yong -Hui 1SUN Hong -Juan ＊,2PENG Tong -Jiang 2(1College of Science,Southwest University of Science and Technology,Mianyang,Sichuan 621010)(2Institute of Mineral Materials &Application,Southwest University of Science and Technology,Mianyang,Sichuan 621010)Abstract:The graphite oxide (GO)was prepared from purified natural flake graphite by the modified Hummers method.The colloidal form of graphene was subsequently prepared by ultrasonicating GO in the presence of hydrazine hydrate.The samples were characterized by using FTIR,Raman,Scanning Probe Microscopy (SPM)and ζpotential technique.The results suggest that the graphite is oxidized to covalent bond -type graphite intercalation compounds with various oxygen bearing functional groups (C=O,C -O,C -OH,-COOH and C -O -C).FTIR spectra show that the surface functional groups of graphite and graphene are almost the same.Graphene oxide and graphene can readily form stable aqueous colloids in water or in alkali solution with uniform sheet thickness of 1nm.The factors affecting reduction degree and stability of graphene were discussed in reduction process,such as hydrazine hydrate dosage,reaction time and pH value in system.Reduction degree of graphene is mainly controlled by hydrazine hydrate dosage,reaction time in system while the stability is mainly affected by the pH value.Key words:graphene;graphite oxide;Hummers method;oxidation reduction石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶体结构的一种新型炭质材料，是自然界已知材料中最薄的一种材料。

氧化石墨烯改性环氧树脂涂料的制备及防腐性能摘要：环氧树脂在溶剂蒸发过程中容易产生微孔，影响其防腐蚀性能。

为了提高其对腐蚀介质的阻碍能力，本文采用密闭氧化法制备氧化石墨烯，再利用湿式转移法将氧化石墨烯水溶液分散在环氧树脂中，制备氧化石墨烯/环氧树脂防腐涂料。

通过红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和拉曼光谱（Raman）分析氧化石墨烯的结构变化，利用开路电位测试（OCP）、水接触角、腐蚀形貌和气体透过率，分析氧化石墨烯/环氧树脂涂料的防腐性能。

关键词：腐蚀；环氧树脂；氧化石墨烯；复合材料；防腐性能；机械性能引言：金属是现代化工业和农业发展的基础材料，它易与介质发生腐蚀反应，影响金属材料自身性能和使用寿命。

因此，研发防腐性能优异的涂料一直是全世界的研究热点。

其中，金属表面涂层技术是目前应用最广泛的防腐手段之一。

环氧树脂（EP）具有稳定的化学性能、突出的附着力、较低的固化收缩率、较高的抗拉伸强度和优异的耐腐蚀性能，被广泛地应用于防腐领域。

然而，环氧树脂在溶剂蒸发过程中结构不可避免地产生微孔，大大地降低了涂料屏蔽介质和阻碍腐蚀的能力。

掺杂纳米材料是克服传统有机涂料缺陷和延长涂料使用寿命的有效方法。

石墨烯（G）是一种以sp2碳原子组成的纳米结构，呈蜂窝状，具有导电导热性能优良、机械强度高、化学性能稳定等优点，成为腐蚀防护领域重要的材料。

黄坤等，将石墨烯加入环氧树脂体系中，发现石墨烯的加入可以使环氧树脂紧密地交联，提高涂层的耐热性。

但石墨烯防腐涂层仍然存在强疏水性和低分散性的缺点，对于提高环氧树脂的防腐效果并不理想。

氧化石墨烯（GO）是石墨烯的一种重要衍生物，具有与石墨烯相似的平面结构，其表面的羟基、环氧基官能团等能够赋予其良好的分散性和反应活性。

氧化石墨烯具有较高的比表面积、导电性能、机械强度和阻隔性能（氧气、水、氯离子等），在有机涂层领域得到了大量研究。

氧化石墨烯掺杂在环氧树脂中，其阻燃性能、拉伸断裂强度、疏水性和热稳定性得到了较大程度的提高。

改进的Hummers法制备氧化石墨改进的Hummers法制备氧化石墨:在冰水浴中装配好500 ml的反应瓶，将5 g石墨粉和5 g 硝酸钠与200 ml浓硫酸混合均匀，搅拌下加入25 g高氯酸钾，均匀后，再分数次加入15 g 高锰酸钾，控制温度不超过20 ℃，搅拌一段时间后，撤去冰浴，将反应瓶转移至电磁搅拌器上，电磁搅拌持续24 h。

之后，搅拌下缓慢加入200 ml去离子水，温度升高到98 ℃左右，搅拌20 min后，加入适量双氧水还原残留的氧化剂，使溶液变为亮黄色。

然后分次以10000 rpm转速离心分离氧化石墨悬浮液，并先后用5%HCl溶液和去离子水洗涤直到分离液pH=7。

将得到的滤饼真空干燥即得氧化石墨。

氧化石墨的制备工艺流程如图3-1所示。

注：低温反应(＜20℃)中，由于温度很低，硫酸的氧化性比较低，不足以提供插层反应的驱动力，所以，石墨烯原先没有被氧化。

当加入高锰酸钾后，溶液的氧化性增强，石墨烯的边缘首先被氧化。

随着氧化过程的进行和高锰酸钾加入量的增加，石墨里的碳原子平面结构逐渐变成带有正电荷的平面大分子,边缘部分因氧化而发生卷曲。

此时，硫酸氢根离子和硫酸分子逐渐进入石墨层间,形成硫酸-石墨层间化合物。

中温反应(＜40℃)时，硫酸-石墨层间化合物被深度氧化，混合液呈现褐色。

高温反应(90℃-100℃)阶段，残余的浓硫酸与水作用放出大量的热，使混合液温度上升至98℃左右，硫酸-石墨层间化合物发生水解，大量的水进入硫酸-石墨层间化合物的层间，成为层间水并排挤出硫酸，而水中的OH-与硫酸氢根离子发生离子交换作用，置换出部分硫酸氢根离子并与石墨层面上的碳原子相结合，结果使石墨层间距变大，出现石墨烯体积膨胀现象，此时溶液呈亮黄色。

在水洗和干燥过程中，氧化石墨层间的OH-与H+结合以水分子形式脱去，因此产物由金黄色逐渐变成黑色。

石墨烯制备：图3-2为氧化石墨制备石墨烯的工艺流程图。

将氧化石墨研碎，称取300 mg 分散于60 ml去离子水中，得到棕黄色的悬浮液，超声分散1 h后得到稳定的胶状悬浮液。