交变电场剥离氧化石墨的研究.pdfVIP

谢金花 等 ：交变电场剥离氧化石墨的研究 交变 电场剥离氧化石墨的研究 谢金花 ，肖淑华 ，张 东 (同济大学 材料科学与工程学院 先进土木工程材料教育部重点实验室 ，上海 200092) 摘 要： 化学还原法被认为是实现大规模生产石墨 氧化石墨 ，经过后续的电化学还原制备石墨烯 ，主要研 烯的主要途径之一 ，而剥 离氧化 石墨为氧化石墨烯是 究电压U、频率 厂和电极间距d对氧化石墨剥离结果 获得高品质石墨烯的关键步骤。采用交变电场剥离氧 的影响。 化石墨，研究 了电压 己，、频率 厂和 电极间距d对剥离结 2 实 验 果的影响。结果表 明氧化石墨烯的厚度和横向尺寸随 着电压的增大而减小，随着频率的增大而增大；在 电压 2．1 主要试剂及仪器 能满足剥离效果的前提 下，随着电极间距的增大，氧化 浓硫 酸 (98 ，CR)、盐 酸 (CR)、双 氧水 (30 ， 石墨烯的厚度和横 向尺寸呈减小趋势。 AR)、高锰酸钾 (AR)、十二烷基硫酸钠 (SDS)。 关键词 ： 氧化石墨烯 ；电场 ；剥离 磁力搅拌器 (JD9o—D)、电热恒温水浴锅 (DK一 中图分类号 ： TH145．13 文献标识码 ：A $22)、电动搅拌机 (JBg0一D)、分析天平 (FA2204B)、高 文章编号 ：1001-9731(2012)16-2171—05 速离心机 (TGL一16C)、示波器 (DS1052E)、功率放大器 (HVP一300A)、信号发生器 (DG1022)。 1 引 言 2．2 电化学装置 石墨烯又称单层石墨 ，是一种 由碳原子按正六边 剥离装置如图 l所示 ，图 1(a)是电化学装置示意 形紧密排列成蜂窝状 晶格的单层二维平面结构 ，这种 图，图 1(b)是电化学装置实物图。 晶体薄膜的厚度 只有 0．335nm__1]。石墨烯稳定的晶 体结构使碳原子具有高的导热率 、弹性模量和电子迁 移率 ，同时单层石墨烯还具有非常大的比表面积和光 透过率。这些独特性质使其在物理学、化学、电子、能 源等方面 ，都具有潜在的应用前景 [3-5]。与单层石墨烯 类似 ，双层石墨烯至 (1O)层石墨烯具有不同于宏 观三维石 墨 的优异性 能 ，同样 具 有广 阔的应 用前 景L6]。但是高效 、低廉的剥离技术是单层石墨烯及 (a)示意图 (721O)层石墨烯取得广泛应用 的前提L8]。 目前氧化石墨 的剥离方法主要有超声剥离法 ]、 热膨胀剥离法l1。。和静 电斥力剥离法_】。采用交变电 场剥离氧化石墨的研究较少 ，更多的是研究 电化学法 剥离石墨。Liu等口胡将两个高纯的石墨棒平行地插入 含有离子液体 的水溶液 中，控制 电压在 1O一20V之 间，30min后阳极石墨棒被腐蚀 ，离子液体 中的阳离子 在阴极还原形成 自由基 ，与石墨烯片中的兀电子结合 ， 形成离子液体功能化 的石墨烯片，此方法可一步制备 出离子液体功能化的石墨烯 ，但制备的石墨烯片层大 图1 交变电场剥离氧化石墨示意图及装置 图 于单原子层厚度。Ching—YuanSu等_l将 Pt电极和 Fig 1Schematicillustration andphoto forexfoliation 高纯石 墨 电极 插入 离 子液体 (H SO 或 H SO ／ ofgraphiteoxidein alternatingelectricfield KOH)中，不断变化电压大小和方 向，石墨电极膨胀剥 从能量观点来看 ，信号发生器将电能转换成频率 离成石墨烯片。采用 电化 学法剥离 的石墨烯 产量极 和幅值一