第一章  绪论

1。1 石墨烯

单层石墨烯、双层石墨烯和多层石墨烯统称为石墨烯(Graphene)，而我们常说的石 墨烯是指单层石墨烯。 2004 年，英国曼彻斯特大学的 Novoselov [1]和 AndreGeim 等利 用普通塑胶带从石墨中剥离出且观测到单层石墨烯，从而证明了这种物质的存在。在 2015 年硼烯被发现之前，石墨烯是人类了解的材料当中最薄的物质，它是一种二维晶 体材料，它的厚度与一个原子的厚度相当，但是它有着许多极为优异的性能。

石墨烯质量很轻，强度却极高，断裂强度比钢材要高上百倍；石墨烯拥有较大的 比表面积，可以制备超高灵敏度的传感器，它与高聚物有着很好的复合能力；石墨烯 的电子迁移速率很高，在未来有可能被做成集成电路而取代硅在电子工业中的地位。 生产制备石墨烯的主要方法有液相剥离法、低压化学气相沉积法、氧化还原法、电弧 放电法、机械剥离法外、延生长法。除了上述的几种方法以外，还衍生出了气相等离 子体生长技术，静电沉积法和高温高压合成法[2]等。论文网

图 1-1 石墨与石墨烯的基本结构对比示意图

1。1。1  氧化石墨烯简介

石墨烯的问世引起了研究研究它的热潮，氧化石墨烯也随之被发现。天然石墨经

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过强氧化剂氧化以及超声剥离可以得到氧化石墨烯(GrapheneOxide，GO)，氧化石墨烯 是氧化石墨剥离出的单层或多层片层结构的氧化石墨[3]。其微观结构仍然保持着石墨 烯的片层结构，种类繁多的含氧基团附着于其上，如羟基、环氧基、羰基；这些基团 都是亲水性的基团，因此氧化石墨烯有优良的亲水性能，一些学者发现石墨烯还具有 双亲性，具体表现为在多数的有机类溶剂中石墨烯分散性也很好。Li 等人[4]对氧化石 墨烯在水中具有良好分散性的机理进行了研究。研究结果显示氧化因石墨烯片层上的 基团呈电负性，不同的片层之间能够产生静电排斥，因而增大了氧化石墨烯在水中具 的分散性。

氧化石墨烯因为具有复合能力好、分散效果好、导电能力好，因此将来可用在多 个领域，例如储氢材料、高分子材料改性剂、导电材料、化工催化剂、建筑材料等。

1。1。2  氧化石墨的制备方式

氧化石墨学名称为石墨氧化物或石墨酸。牛津大学的化学家 Brodie B。 C。将氯酸钾 和浓硝酸混合，利用两种物质的强氧化性将石墨氧化，最后制得氧化石墨。根据前人 的研究发现，氧化石墨的片层表面拥有大量的极性基团，如羟基、羰基、环氧基，在 它的边缘位置也分布着上述基团；纳米级别的粒子的比表面积通常都很大，大的比表 面积意味着强粒子交换能力，氧化石墨也不例外。带有极性基团和大比表面积就意味 着氧化石墨与高分子高聚物之间有着优良的复合能力，所以人们不遗余力地发掘其在 复合材料领域中的应用前景。

自从发现石墨可以被氧化以后，氧化石墨的制备方法一直是研究人员的关注焦点。 目前制造氧化石墨的常用方法有三种：

第一种是 Bordie[5]法：先将微石墨粉用浓硝酸作氧化处理,随后硝酸根离子会进入 石墨片层间 ；将前一步的混合物加入到高氯酸钠中，利用其氧化性将石墨更彻底地氧 化，反应充分后将反应体系加入透析膜中，加入去离子水，不断更换过滤水直至水呈 中性，最后经过真空干燥即可得氧化石墨。

第二种是 Saudenmaier[6]法。此法与第一种方法有相似之处，第一步处理石墨时还 加入了浓硫酸，随后加入到高氯酸钾溶液中，重复第一种方法中的透析、过滤、干燥