氧化石墨烯研究進展

1、氧化石墨烯復合材料的研究進展氧化石墨烯復合材料的研究進展作者：鄧堯，黃肖容，鄔曉齡來源：本站瀏覽數：1674發(fā)布時間：2013747:55:500引言石墨烯是目前發(fā)現的唯一存在的二維自由態(tài)原子晶體，是構筑零維富勒烯、一維碳納米管、三維石墨的基本結構單元。它具有高電導、高熱導、高硬度和高強度等奇特的物理、化學性質，在電子、信息、能源、材料和生物醫(yī)藥領域有廣闊的應用前景。但是石墨烯由于強大的范德華力具有疏水性和易團聚的特點，限制了其廣泛應用

2、。氧化石墨烯的出現正好解決了上述問題，它是石墨烯的派生物，與石墨烯的結構大體相同只是在一層碳原子構成的二維空間無限延伸的基面上連接有大量含氧基團，平面上含有OH和COC，而在其片層邊緣含有C＝O和COOH。與石墨烯相比，氧化石墨烯有更加優(yōu)異的性能，其不僅具有良好的潤濕性能和表面活性，而且能被小分子或者聚合物插層后剝離，在改善材料的熱學、電學、力學等綜合性能方面發(fā)揮著非常重要的作用。有不少專家學者對氧化石墨烯的制備及應用進行了深入研究，其

3、中氧化石墨烯復合材料的發(fā)展十分迅速，進一步拓展了氧化石墨烯的應用領域。1氧化石墨烯的制備目前，氧化石墨烯的制備工藝相對成熟，比較傳統(tǒng)的化學方法主要有Brodie法、Staudenmaier法、Hummers法，現今仍在沿用，只是在各方法基礎上做了略微改進。這些方法的制備原理都是將石墨在強酸和少量強氧化劑的共同作用下形成1階的石墨層間化合物，然后此層間化合物在過量強氧化劑的作用下繼續(xù)發(fā)生深度液相氧化反應，水解后得到氧化石墨，最后通過超聲或

4、者長時間攪拌氧化石墨和水的混合物即可獲得氧化石墨烯，產物的氧化程度及合成T藝與反應時間有關，可以通過C、O的原子比進行衡量。Brodie法和Staudenmaier法氧化程度高，但反應過程中會產生ClO2、NO2或者N2O4等有害氣體且反應時間長，而Hummers法反應時間短，無有毒氣體ClO2產生，安全性較高，因而成為制備氧化石墨烯普遍使用的方法。但是此反應過程中需控制的工藝因素較多，過量的高錳酸離子會造成潛在的污染，因而需要用H2O

5、2進行處理，并加以水洗和透析。近年來，也有不少學者在探索更好的制備方法。Matsuoy采用電化學方法將石墨在強酸中，以HgHg2SO4為電極電解氧化后投入水中，干燥后得到氧化了氧化石墨烯／殼聚糖納米復合材料，氧化石墨烯以分子尺度在殼聚糖基體中分散良好，并且彼此有相互作用。拉伸實驗結果表昵，加入1％(質量分數)氧化石墨烯，拉伸強度從401MPa提高到892MPa，楊氏模量由132GPa變?yōu)?17GPa。212復合材料的電化學性能單純的導電

6、聚合物在充放電循環(huán)中穩(wěn)定性差，使得其在電容器電極材料方面的應用受到限制，開發(fā)具有優(yōu)異性能的復合材料成為電容器電極材料的突破口。目前，導電聚合物與氧化石墨烯的復合成為研究熱點，這是因為石墨烯和導電聚合物共軛結構的導電協同作用可增強基體導電性，同時又可實現結構的增強。SurajitKonwer等利用原位聚合法制備了氧化石墨烯聚吡咯(PPy)復合材料，聚吡咯的直流電導率從118S／cm猛增到75.8S／cm，通過恒流充放電分析，當電流為2mA

7、、電壓為O～05V時，聚吡咯的比電容僅為2372Fg，而復合材料的比電容達到421.4Fg。高的電導率以及比電容使得此復合材料有望成為安全、高效的超級電容器電極材料。213復合材料的熱學性能氧化石墨烯加入到聚合物中可以提高聚合物的熱穩(wěn)定性。這可能是由于氧化石墨烯的含氧基團與聚合物之間形成氫鍵或其他配位鍵，從而限制了聚合物的熱振動。因而增大了聚合物鏈分解時所需要的能量，在一定程度上提高了復合材料的熱穩(wěn)定性。王立娜等利用直接共混法制備出氧化

8、石墨烯酚醛樹脂納米復合材料，通過對復合材料進行熱穩(wěn)定性分析發(fā)現，低溫時復合材料與樹脂的熱重曲線基本吻合，但是隨著溫度的升高，與純樹脂相比，復合材料的熱失重開始出現滯后，并且在800℃時的殘?zhí)柯时燃儤渲?％。熱穩(wěn)定性以及殘?zhí)柯实奶岣呤沟梅尤渲鳛槟突鸩牧夏芨玫貞糜诟鱾€領域。214復合材料的結晶性能聚合物的結晶過程直接影響到其加工性能，氧化石墨烯加入到聚合物中可以改善聚合物的結晶過程，在復合體系中起到成核劑的作用。WangHuish