【正文】 為2h、6h、10h（每組樣品都需要測這三個時間）。（3）.將超聲完的氧化石墨水浴攪拌，溫度設(shè)置在40℃，反應(yīng)10分鐘加入超聲完的醋酸鎳和F127，待溫度達到40℃，反應(yīng)30分鐘。（1）.將30mg氧化石墨溶于40ml乙二醇中，超聲。（19）用火棉膠制備半透膜，然后將離心后的液體裝入半透膜，將半透膜靜置在蒸餾水7天（靜置時需要時不時的換水。（17） 加入560ml水，然后立即加入10ml雙氧水（30%），產(chǎn)生氣泡，溶液變成亮黃色，（雙氧水緩慢加，直至無氣泡為止）靜置一天。（15） 上述混合物加熱至35℃，反應(yīng)2小時。（11） 加入560ml水，然后立即加入10ml雙氧水（30%），產(chǎn)生氣泡，溶液變成亮黃色，（雙氧水緩慢加，直至無氣泡為止）（12） 靜置一天（13） 將92ml濃硫酸加入到500ml燒杯中，再加入上述混合物C1（冰浴）。（9） 上述混合物加熱至35℃，反應(yīng)2小時。（5）用400ml水稀釋上述干燥物，隔夜（6）洗滌、過濾、干燥——C1（7） .將92ml濃硫酸加入到500ml燒杯中，再加入上述混合物C1（冰?。?。（3）降溫至80℃，反應(yīng)30分鐘。H2O80%乙二醇HOCH2CH2OH99%雙氧水H2O234%F127F1272. 表22 實驗儀器Table 22 The apparatus of experiments儀器名稱型號生產(chǎn)廠家超聲波清洗槽KQ250B型昆山市超聲儀器有限公司加熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱1011s型常州市新華活性材料研究所真空干燥箱DZF6020型上海一恒科學(xué)儀器有限公司循環(huán)水真空泵SHB95型鄭州杜甫儀器廠恒溫加熱磁力攪拌器78HWI型杭州儀器電機有限公司電阻爐溫度控制器CKW2200北京市朝陽自動化儀表廠箱式電阻爐SX2410天津市中環(huán)實驗電爐有限公司電爐溫度控制器KSW512A天津市中環(huán)實驗電爐有限公司電子分析天平AR1140/COhaus Crop. Pine Brook. NJ. USA 實驗內(nèi)容 氧化石墨的制備（1）將10ml濃硫酸加入到50ml燒杯中，加熱至90℃。第二章 實驗部分 試劑和儀器 實驗試劑表21 實驗試劑產(chǎn)品名稱分子式分子量含量乙酸鎳Ni(CH3COO)2深入的研究氧化石墨的結(jié)構(gòu)和性能特點，尤其是其層離分散特性，以及研究其與不同種類聚合物基體復(fù)合的特點，對于制備低成本高性能的新型材料具有重要意義。近幾年，聚合物/氧化石墨納米復(fù)合材料來發(fā)展較為迅速，其主客體間分子水平的結(jié)合可以大幅度降低界面的應(yīng)力集中，是集有機和無機納米組分于一體的新型功能材料，因而引起了國內(nèi)外材料研究人員的極大關(guān)注。這種單分子層二維材料的發(fā)現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)理論和實驗所得出的單分子層材料不能穩(wěn)定存在結(jié)論，其獨特的電學(xué)和力學(xué)性能引起了國內(nèi)外材料研究人員的極大興趣。雖然氧化石墨的研究歷史可追溯至十九世紀中葉，但受其應(yīng)用領(lǐng)域和科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的限制，一直沒有得到很大的發(fā)展，直到近年來才重新被人們所關(guān)注。氧化石墨是布朗斯特酸一石墨層間化合物(GICs)在強氧化劑(如高錳酸鉀、高氯酸鉀等)作用下經(jīng)水解而成的共價鍵型石墨層間化合物。然而，粉粒狀的天然石墨使用很不方便，因此采用各種復(fù)合技術(shù)得到石墨與聚合物材料的復(fù)合材料，不但可以在很大的程度上利用石墨與聚合物材料各自所具有的優(yōu)異的物理化學(xué)性能，而且還可以通過二者之間的協(xié)同效應(yīng)賦予其新的特性，發(fā)展新的應(yīng)用領(lǐng)域。鎳/氧化石墨納米復(fù)合材料近幾年來發(fā)展較為迅速，其主客體間分子水平的結(jié)合可以大幅度降低界面的應(yīng)力集中，是集有機和無機納米組分于一體的新型功能材料，因而引起了國內(nèi)外材料研究人員的極大關(guān)注。Antisari[54]工作組和Sum[55]等還分別用球磨法和爆炸法制備了氧化石墨烯，但這幾種方法不能徹底地剝離石墨及氧化石墨片層結(jié)構(gòu)獲得單片層的石墨烯及氧化石墨烯，大部分為多層結(jié)構(gòu)而且有很多皺褶。目前采用超聲剝離制備氧化石墨烯比較多，因為超聲作用的剝離程度相對較高，且超聲前后氧化石墨烯與氧化石墨的化學(xué)結(jié)構(gòu)基本不變，也即是說此過程無化學(xué)變化，而熱膨脹法易使表面的官能團減少，影響氧化石墨烯與聚合物的復(fù)合。其方程式可表示為:CxO(H2O)y EG+CO2+H2O(180200℃)Ramesh等[50]對氧化石墨懸浮液進行超聲分散，所得的分散液靜置數(shù)周仍未出現(xiàn)明顯沉降，且stankovich等采用同樣的方法進一步通過AFM觀測其剝離的氧化石墨烯已達到納米級，證明其已實現(xiàn)完全剝離。McAllister等和Dai等[49]也通過此方法制備了氧化石墨烯并進一步闡述了熱剝離過程的機理。熱膨脹的原理[47]是通過高溫處理使氧化石墨表面的環(huán)氧基和輕基等含氧官能團分解成CO2和H2O蒸氣，其蒸氣產(chǎn)生的層間壓力就可能大于層間的范德華力而使氧化石墨膨脹并剝離成氧化石墨烯，但這種熱處理得到的氧化石墨烯剝離不完全(比表面積100m2/g,遠小于理論完全剝離的2600m2/g)[48]，且會造成氧化石墨烯片層折疊成蠕蟲狀。眾所周知，石墨和氧化石墨分別是由石墨烯和氧化石墨烯片層在空間堆疊通過范德華力連接而成的，故可以想象，當(dāng)施加一定外力克服層間的范德華力時便可以將各片層解離成石墨烯或氧化石墨烯片層。目前較為常用的化學(xué)方法主要有以下三種，即Brodie法、staudenmaie法、Hummers法[7]，其中Hummers法反應(yīng)簡單，反應(yīng)時間短，氧化程度高，安全性較高，對環(huán)境的污染較小等特點，因而目前制備氧化石墨普遍使用該方法。Ruoff曾在Nature Nanotechnology上以“Calling all chemists’’為題號召更多化學(xué)家的參與石墨烯的化學(xué)研究，為發(fā)展簡單可控的化學(xué)制備方法尋求最為方便、可行的途徑。氧化石墨的制備方法 氧化石墨的制備對于制備氧化石墨，因為大規(guī)模制備高質(zhì)量的石墨烯晶體材料是所有應(yīng)用的基礎(chǔ)。Dikin等[41]將自制的氧化石墨烯的膠體狀分散液在A12O3濾膜上過濾，獲得了一種類似紙的材料—氧化石墨烯紙，其特有的互鎖或磚墻式的排列結(jié)構(gòu)使其比碳納米管還強韌，Park等[42]在此基礎(chǔ)上加入了少量的Mg2+和Ca+，同樣制得了氧化石墨烯紙，但其機械剛度和斷裂應(yīng)力都有很大程度的增強。目前的研究熱點是希望制備氧化石墨烯不是完全喪失導(dǎo)電子的能力，而還原的氧化石墨烯并不是完全喪失含氧功能基團，也就是說使氧化石墨烯和還原后的氧化石墨烯既有部分功能基團，又保有一定導(dǎo)電能力。同時，含水量也影響氧化石墨烯的層間距，實驗發(fā)現(xiàn)，(完全干燥) nm(含水)之間[39]，Szabo等[40]認為完全干燥的氧化石墨是不可能達到的。從另一角度說，還原后的氧化石墨烯仍就可以靠靜電排斥力來實現(xiàn)良好的分散，而不需要添加任何表面活性劑成分，但還原后的氧化石墨烯納米片層在水中的分散性卻明顯差于未還原前，這一方面可認為是還原后的氧化石墨烯的親水性要低于還原前的[37]，另一方面可認為是還原后的氧化石墨烯的靜電排斥力也是低于還原前的。當(dāng)然，通過氧化石墨烯的還原也可恢復(fù)部分碳原子的大π鍵，從而改良氧化石墨烯的導(dǎo)電性，但與天然鱗片石墨剝離得到的石墨烯相比，還原后的氧化石墨烯的導(dǎo)電率大打折扣，Geng[36]等通過實驗用數(shù)字證明了這點，實驗發(fā)現(xiàn)，天然鱗片石墨剝離得到的石墨烯的導(dǎo)電率為104S/cm，氧化石墨烯的導(dǎo)電率為103S/cm，還原后的氧化石墨烯的導(dǎo)電率為102S/cm，這充分說明還原后的氧化石墨烯其導(dǎo)電率只是部分恢復(fù)，也就是說其片層間仍有部分的含氧官能團。圖13 片層氧化石墨烯的示意圖由于氧化石墨烯表面的極性官能團作用使一些極性有機分子和聚合物可以很容易的與氧化石墨烯形成納米復(fù)合材料[35]。[33]，GO有尺寸不定的未氧化的芳香“島”則被含有COH、環(huán)氧集團和雙鍵的六元脂環(huán)所分開，芳香環(huán)、雙鍵和環(huán)氧基團使得碳原子點陣格式近乎處于同一平面，僅有連接到OH基團的碳原子有較輕微的四面體構(gòu)型畸變，導(dǎo)致一些層面的卷翹?？傊?，不斷出新的性質(zhì)、衍生物、復(fù)合材料以及功能器件，極大地豐富了石墨烯研究的方向、開拓了人們的視野，使得基于石墨烯的材料成為了一個充滿魅力與無限可能的研究對象。而氧化石墨烯由于其特殊的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，使其成為制備石墨烯和基于石墨烯復(fù)合材料的理想前驅(qū)體(將在下面介紹)。石墨烯納米帶被認為是制各納米電子和自旋電子器件的一種理想的組成材料。石墨烯具有非常豐富和奇特的性質(zhì)，這使人們對石墨烯衍生物也進行了廣泛的研究，如石墨烯納米帶(grapheme nanoribbon)[14,15,2124]，石墨烯的氧化衍生物(grapheme oxide) [2526]，利用加氫過程獲得的新材料石墨烷(graphane)[27]以及具有磁性石墨烯衍生物(graphone)等[28,29]。利用石墨烯可以制成精確探測單個氣體的化學(xué)傳感器，從而可以提高一些微量氣體快速檢測的靈敏性，而石墨烯在電子學(xué)上的高靈敏性還可用于外加電荷，磁場及機械應(yīng)力等環(huán)境下的敏感檢測[18]。由于石墨烯的理論比表面積能達到了2630 m2/g，這就意味著電解液中大量的正負離子可以儲存于石墨烯單片上形成一個薄層，從而達到極高的電荷儲存水平[17]。這些優(yōu)越的性能使得人們朝著制造可靠的納米級超小型晶體管的方向邁出了重要一步。以石墨烯為原料還可以制備出只有1個原子厚、10個原子寬，尺寸不到1個分子大小的單電子晶體管[16]。圖 12 碳納米管和石墨的示意圖石墨烯良好的導(dǎo)電性，使其在微電子領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，可用來制造具有超高性能的電子產(chǎn)品[14,15]。其實關(guān)于石墨烯的理論研究已有60多年，但真正制備出石墨烯是在2004年第一次成功使石墨層剝離獲得獨立存在的單層或多層石墨烯。在石墨烯被發(fā)現(xiàn)前，理論和實驗上都認為完美的二維結(jié)構(gòu)無法在非絕對零度穩(wěn)定存在，因而石墨烯的問世引起全世界的關(guān)注[12]。然而卻非常牢固堅硬，它比鉆石還強硬。第一章 緒論 石墨烯及氧化石墨烯結(jié)構(gòu)和表征 石墨烯的結(jié)構(gòu)和表征石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)材料()。以水溶性較好的氧化石墨為原料，同時以均勻沉淀法制備出納米級別的單質(zhì)鎳，在水熱反應(yīng)的條件下復(fù)合，兩者復(fù)合催化化學(xué)進程，幫助氧化石墨的剝離和部分還原，用一步法制得氧化石墨/鎳的復(fù)合材料。當(dāng)時合成氧化石墨的目的主要是研究石墨的化學(xué)性質(zhì)，石墨層間化合物是近幾年來新涌出的一種分子水平上的納米復(fù)合材料，至今，利用石墨來制備石插層納米復(fù)合材料[9，10]已有不少報道。自1859年Brodie首次發(fā)現(xiàn)氧化石墨以來，氧化石墨的合成主要有Brodie法、Staudenmaier法 Hummer法[7]及電