剝離重組法制備石墨烯二氧化鈦復(fù)合物(編輯修改稿)
2025-07-20 18:25 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 法，Aksay 小組對(duì)該方法進(jìn)行了改進(jìn)。目 前，對(duì)本體石墨進(jìn)行氧化處理多采用Hummers 法。一般步驟為: 將石墨粉和無水NaNO3加入置于冰浴內(nèi)的濃H2SO4中，以KMnO4為氧化劑進(jìn)行氧化處理，用30% H2O2還原剩余的氧化劑。最后過濾、洗滌、真空脫水得到GO。在此基礎(chǔ)之上，研究者對(duì)Hummers 法不斷改進(jìn)，以便制備具有特殊性能的石墨烯產(chǎn)物。為了進(jìn)一步強(qiáng)化其氧化強(qiáng)度，Zhang 等系統(tǒng)研究了氧化劑用量與氧化時(shí)間對(duì)所得石墨烯產(chǎn)物的影響，發(fā)現(xiàn)隨著氧化劑用量與反應(yīng)時(shí)間的增加，所得產(chǎn)物的平均粒徑變小，并呈現(xiàn)高斯分布。本體石墨經(jīng)過氧化剝離過程形成氧化石墨烯后，利用化學(xué)還原或者其他方法還原氧化石墨烯可得到石墨烯產(chǎn)物。目前文獻(xiàn)報(bào)道中主要使用的是化學(xué)還原方法。在80 ～ 100 ℃和快速攪拌條件下，加入化學(xué)還原劑反應(yīng)24 h，最終得到石墨烯產(chǎn)物。化學(xué)還原法研究較早，但此方法耗時(shí)過長(zhǎng)，而且有機(jī)還原劑的毒性使得該方法難以用于大產(chǎn)量的制備使用。另一類方法需要的熱處理?xiàng)l件更為苛刻( 高溫1050 ℃，高真空或者惰性氣體保護(hù)) 。Murugan 等建立了一種快速、低溫、簡(jiǎn)便的微波溶劑熱法制備石墨烯納米片層。與傳統(tǒng)化學(xué)還原法長(zhǎng)達(dá)12 ～ 24 h 的反應(yīng)時(shí)間相比，微波水熱法只需5 ～ 15 min，大大縮短了反應(yīng)時(shí)間。通過對(duì)產(chǎn)物的XRD，F(xiàn)TIR 和XPS 數(shù)據(jù)分析證實(shí)微波水熱法能有效的將氧化石墨烯還原得到石墨烯。Cota 等利用在N2氣氛下氙燈的快速閃光光熱還原法，在無其它化學(xué)還原劑存在條件下，直接將石墨氧化物還原制得石墨烯。隨后，Matsumoto 等在紫外燈的激發(fā)作用下，直接將石墨氧化物還原制得石墨烯。石墨烯的制備逐步向綠色、環(huán)保方向發(fā)展。近來，電化學(xué)家將電化學(xué)方法引入石墨烯的制備當(dāng)中，并取得了良好效果。 SiC 分解法 Heer小組利用6HSiC 的熱分解作用來制備石墨烯片層，為石墨烯的制備引入一種新的方法。以單晶6HSiC 為原料，在超低真空( 110－10 Torr) 下高溫(1200～1450 ℃) 熱分解其中的Si，最后得到連續(xù)的二維石墨烯片層膜。通過對(duì)不同反應(yīng)階段產(chǎn)物的低能電子衍射( LEED) 和掃描隧道顯微鏡( STM) 分析證實(shí)石墨烯是沿著SiC下方取向附生。通過俄歇電子能譜(AES) 確認(rèn)所得產(chǎn)物含的片層數(shù)。導(dǎo)磁性測(cè)量顯示所制備的石墨烯產(chǎn)物具有二維電子氣屬性( 2D Electron gas properties) ，包括各向異性、高流動(dòng)性及二維局域性。為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過程， Juang 等通過在SiC 基底上預(yù)先鍍一層Ni 膜，使得反應(yīng)溫度降低到750 ℃，實(shí)現(xiàn)了石墨烯的低溫制備。由于SiC 的熱分解不僅能形成石墨烯，還是制備CNT的一種常用方法。Cambaz 等系統(tǒng)研究了SiC 結(jié)構(gòu)、Si 蒸發(fā)速率、反應(yīng)溫度及載氣組分對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和形貌的影響。在1400～1500 ℃時(shí)，主要在SiC 基底形成石墨烯產(chǎn)物。 在高真空條件下，主要在Si 面形成石墨烯產(chǎn)物。 但當(dāng)反應(yīng)溫度超過1600 ～1900 ℃時(shí)，主要在SiC 基底形成CNTs。 高真空條件下則在C 面形成CNTs 產(chǎn)物。 化學(xué)氣相沉積法 作為制備半導(dǎo)體薄膜材料的經(jīng)典方法，化學(xué)氣相沉積法( CCVD) 也被應(yīng)用于石墨烯的制備。早在1990 年前， Johansson 等便通過CVD 法制備石墨薄膜。CVD 法制備石墨烯時(shí)一般過程為: 先在基底表面形成一層過渡金屬薄膜，以此金屬膜為催化劑，以CH4為碳源，經(jīng)氣相解離后在過渡金屬膜表面形成石墨烯片層，最后通過酸液腐蝕金屬膜得到石墨烯。文獻(xiàn)報(bào)道用于CVD法制備石墨烯的過渡金屬有Cu，Co，Pt，Ir，Ru及Ni等。由于傳統(tǒng)的CVD 法需要用到金屬作為催化劑與生長(zhǎng)附著物，因此在最后的產(chǎn)物中通常會(huì)殘存金屬元素。為消除雜質(zhì)，獲得更高純度的石墨烯產(chǎn)物，各類無需使用催化劑的改進(jìn)型CVD 法相繼被報(bào)道。如以H2和CH4為載氣，在等離子體作用下可直接進(jìn)行進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，得到厚度均勻的單層、雙層或三層石墨烯產(chǎn)物。選區(qū)電子衍射圖( SAED) 顯示所制備的石墨烯與微機(jī)械剝離法制備的產(chǎn)物一樣具有突出而清晰的衍射點(diǎn)。Li 等以純石墨棒為碳源，利用直流電弧放電法 可直接制備得到純石墨烯及氮摻雜石墨烯復(fù)合物。 首先采用現(xiàn)有已知技術(shù)方法制取石墨烯，然后在四氟化鈦溶液中加入所述的石墨烯粉末，用超聲分散后得到懸浮液；然后將該懸浮液置于電子束發(fā)生裝置中，使其經(jīng)受一定制量的電子束輻照，輻照劑量為７０～２８０ＫＧｙ；然后密封后放入６０℃的烘箱中反應(yīng)２０小時(shí)；經(jīng)洗滌、干燥，最終制得石墨烯基二氧化鈦復(fù)合光催化劑。本發(fā)明方法所得的石墨烯基二氧化鈦復(fù)合光催化劑，通過檢測(cè)證明其具有較高的光催化活性。另外，通過透射電子顯微鏡（ＴＥＭ）檢測(cè)，可看出二氧化鈦結(jié)晶密集均勻地負(fù)載于石墨烯基體上。一種電子束輻照制備石墨烯基二氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法，其特征在于具有以下的制備過程和步驟：將一定量的過硫酸鉀（Ｋ2Ｓ2Ｏ8）和五氧化二磷（Ｐ2Ｏ5）溶解于濃硫酸中，加熱到８０℃后加入一定量的天然石墨，在８０℃下保溫４．５小時(shí)后冷卻至室溫；然后用去離子水稀釋，放置過夜；然后進(jìn)行過濾、洗滌，所得濾渣放于真空干燥箱中于６０℃下干燥；將干燥后的濾渣溶解于濃硫酸中，在冰浴條件下緩慢加入高錳酸鉀（ＫＭｎＯ4），在３５℃下恒溫?cái)嚢瑁残r(shí)；然后用去離子水稀釋，并緩慢加入３０％的雙氧水（Ｈ2Ｏ2）；然后過濾、洗滌，將洗滌后的產(chǎn)物在６０℃下真空干燥，得到氧化石墨烯固體；將上述所得的氧化石墨烯固體在N2保護(hù)下于500℃煅燒２小時(shí)，即得到還原后的石墨烯粉末；稱取一定量的四氟化鈦（ＴｉＦ4）溶解于去離子水中，然后加入一定量的石墨烯粉末，超聲分散１小時(shí)，使其充分混合均勻；得到懸浮液；石墨烯與ＴｉＦ４的質(zhì)量比為１∶８～４０；將上述懸浮液放置于電子束發(fā)生裝置中，使其經(jīng)受一定劑量的電子束輻照，輻照劑量
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