氧化石墨烯的制备方法总结

氧化石墨烯的制备方法 氧化石墨烯的制备方法 方法一 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 5g NaNO3 然后缓慢加入 15g KMnO4 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 30 min 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 方法二 Hummers 方法方法 采用 Hummers 方法 5 制备氧化石墨 具体的工艺流程 在冰水浴中装配好 250 mL 的反应瓶 加入适量的浓硫酸 搅拌下加入 2 g 石墨粉和 1 g 硝酸钠的固体混合物 再分 次加入 6 g 高锰酸钾 控制反应温度不超过 20 搅拌反应一段时间 然后升温到 35 左 右 继续搅拌 30 min 再缓慢加入一定量的去离子水 续拌 20 min 后 并加入适量双氧 水还原残留的氧化剂 使溶液变为亮黄色 趁热过滤 并用 5 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 的真空干燥箱中充分干燥 保存 备用 方法三 修正的方法三 修正的 Hummers 方法方法 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 250 mL 的反应瓶 加入适量的浓硫酸 磁力搅拌下加入 2 g 石墨粉和 1 g 硝酸钠的固体混合物 再缓慢加入 6 g 高锰酸钾 控制反应温度不超过 10 在冰浴条件下搅拌 2 h 后取出 在 室温下搅拌反应 5 d 然后将样品用 5 的 H2SO4 质量分数 溶液进行稀释 搅拌 2 h 后 加入 6 mL H2O2 溶液变成亮黄色 搅拌反应 2 h 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 60 W 功率超声约 3 h 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 超声辅助方法四 超声辅助 Hummers 法制备氧化石墨烯法制备氧化石墨烯 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 温老师的方法方法五 温老师的方法 The 500 mesh flake graphite 1 g and NaNO3 0 75 g were dissolved in 75 mL 98 wt H2SO4 under magnetic stirring in ice water bath and KMnO4 4 5 g were added gently After completion of the addition the reaction mixture was stirred continuously for 2 h Then the reaction was allowed to react for 5 days at room temperature Afterward KMnO4 2 25 g was added gradually to the reaction mixture within 2 h under an ice water bath and then keep the reaction for another 5 days After raising the temperature to 90 C 140mL 5 wt H2SO4 was added gradually to the reaction mix ture under magnetic stirring for 2 h The temperature was then decrease