超声辅助Hummers法制备氧化石墨烯VIP免费

收稿日期：2011-03-25。收修改稿日期：2011-06-01。国家自然科学基金(No.50862002)资助项目。＊通讯联系人。E-mail：long.drf@gmail.com超声辅助Hummers法制备氧化石墨烯邹正光俞惠江龙飞＊范艳煌(桂林理工大学，材料科学与工程学院，桂林541004)摘要：采用超声辅助Hummers法制备氧化石墨烯，单片层厚~1nm。本法首先在Hummers法的低温、中温反应阶段加入超声振荡，以此来分别提高石墨的插层效率和氧化程度，然后在高温反应开始时，采用把含有残留浓硫酸的混合液缓慢滴入低温去离子水中再加热的方式，以此减少硫酸分子等插入物因为局部温度过高从石墨层间脱出，最后通过低速离心得到氧化石墨。使用超声辅助Hummers法制备氧化石墨烯既方便快捷，又能有效地增大氧化石墨的层间距，且随着超声功率的提高，所得氧化石墨的层间距呈扩大趋势。关键词：无机非金属材料；氧化石墨烯；Hummers法；超声振荡中图分类号：O163.71文献标识码：A文章编号：1001-4861(2011)09-1753-05PreparationofGrapheneOxidebyUltrasound-AssistedHummersMethodZOUZheng-GuangYUHui-JiangLONGFei＊FanYan-Huang(CollegeofMaterialsScienceandEngineering,GuilinUniversityofTechnology,Guilin,Guangxi541004,China)Abstract:GrapheneOxidewithlayerspacingof~1nmwaspreparedbytheultrasound-assistedHummersmethod.Firstly,theultrasonicvibrationwasappliedinthelowtemperatureandmidtemperaturestagestoimprovetheintercalationefficiencyandoxidationdegreeofGraphite.Secondly,atthebeginningofthehightemperaturestage,themixedliquidcontainingresidualsulfuricacidwasaddeddropwiseintotheicewater,thenthemixturewasheatedtothesettemperaturetoavoidtheinsertingmoleculesuchassulfuricacidemergingfromgraphitesincethelocaltemperaturewastoohigh.Thirdly,GraphiteOxidewasobtainedafterthelow-speedcentrifugation.Graphiteoxidepreparationbythetitlemethodwasconvenientandquick.Thelayerspacingofgraphiteoxidewaseffectivelyexpandedandincreasedwiththeultrasonicpower.Keywords:inorganicnonmetallicmaterials;grapheneoxide;methodofHummers;ultrasonicvibration氧化石墨及其复合材料具有广泛的运用前景，可用于催化剂载体[1]，耐磨材料[2]，控制药物释放的载体[3]，阻燃材料[4]，表面活性剂[5]等。氧化石墨首次制备于19世纪50年代，从氧化石墨制备之初到20世纪50年代，研究人员主要探究了氧化石墨的制备方法，经过近一个世纪的努力，研究人员主要确立了通过化学液相氧化制备氧化石墨的3种主要方法，其中Hummers法[6]凭借其氧化时间短，氧化程度较高，产物的结构较规整，安全系数较高等优点，成为制备氧化石墨最常用的方法[7]。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，而且易于被第27卷第9期2011年9月Vol．27No．91753-1757无机化学学报CHINESEJOURNALOFINORGANICCHEMISTRY第27卷无机化学学报剥离成单层氧化石墨，为进一步制备单层石墨烯打下基础。1999年，Kovtyukhova等[9]在Hummers法进行之前采用了预氧化处理。利用浓硫酸、过硫酸钾、五氧化二磷和石墨粉在低温搅拌条件下反应6h，接着稀释、过滤、洗涤和干燥，实现对石墨的预氧化。预氧化的目的是提高石墨的氧化程度和层间距，但预氧化的操作过程较为繁琐。超声振荡可促使或加速某些化学反应的发生，在Hummers法添加超声振荡可促使低温反应插层充分，中温反应深度氧化完全，高温反应水解彻底。而实践表明在高温反应阶段加入超声振荡将导致氧化石墨低速离心分离难以实现。因此本文在Hummers法的低温和中温反应阶段加入超声振荡，以此获得层间距较大的氧化石墨。氧化石墨的分离和洗涤也是一个难题，...