一种无高温氧化过程的片状氧化石墨烯go及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于功能材料领域，设及一种无高溫氧化过程的片状氧化石墨締 GO及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 碳质材料在人类的文明史中发挥着重要作用，是人类赖W生存的重要原料。完整 的碳系家族包括Ξ维的金刚石、二维的石墨、一维的碳纳米管、零维的富勒締，它们组成了 基本的碳系家族，自从2004年英国曼彻斯特大学发现石墨締后，碳系家族多了一位重要成 员，各个领域掀起了石墨締的研究热潮。
[0003] 石墨締是世界上最薄的二维材料，完美石墨締由正六边形晶格组成，厚度只有 0.335nm，具有很多非常优良的特性。首先，每个碳原子都有一个未成键的π电子，运些π电子 在与平面垂直方向上形成η轨道，因此电子可W在晶体中自由的移动，具有出色的导电性； 石墨締是没有能隙的半导体;石墨締具有良好的透光性;热力学稳定等。氧化石墨締(GO)又 称为功能化石墨締，是石墨締的重要派生物，与石墨締相比，氧化石墨締只是在石墨締表面 赋予大量的官能团，如-〇山-(：〇〇山-(：-〇-(：^ = 〇等，运些官能团使得氧化石墨締具有分散 性、亲水性、与聚合物的兼容性等等特点，因此氧化石墨締也成为一个重要的研究热点。
[0004] 制备石墨締的方法有很多，如机械剥离法、热膨胀法、化学合成法。化学合成法即 先将天然石墨氧化成石墨締，经过超声制得氧化石墨締，在还原剂的作用的下将氧化石墨 締还原成石墨締。石墨的氧化方法中，Hummers法是一种常用的方法，其典型的工艺是W 也S〇4和化N03为体系，WKMn〇4为氧化剂，反应溫度分立个阶段:低溫(4 °C W下）、中溫(35 °C) 和高溫(98°CW上）。该方法的优点是提高了实验的安全性、减少了有毒气体的产生、反应简 单、时间短、环境污染小。但是迄今为止，采用无高溫氧化过程的Hummers法来制备片状氧化 石墨締 GO的工作尚未见报道。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种无高溫氧化过程的片状氧化石墨締 GO及其制备方法， 其反应时间短，工艺流程简单，制得的氧化石墨締 GO尺寸分布均匀且成本较低。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种无高溫氧化过程的片状氧化石墨締 GO的制备方法，包括W下步骤：
[000引步骤1，将A mL浓也S04倒入反应容器中，降溫至0°C并维持恒溫，在揽拌条件下，向 反应容器中依次加入B g石墨、C神肖酸钢和D g高儘酸钟，揽拌均匀，得到混合液;其中A:B: C:D= (100~130) :5:(4~6) :(12~18)，石墨、硝酸钢和高儘酸钟的加料速度分别为0.3~ 0.35g/min、0.4~0.6g/mi^IU.2~1.8g/min;
[0009] 步骤2，在揽拌条件下，将混合液升溫至25°C，持续揽拌并保溫2.5~3.化；
[0010] 步骤3,在揽拌条件下，继续将混合液升溫至35°C，持续揽拌并保溫0.5~地；
[0011] 步骤4,在揽拌条件下，将混合液降溫至(TC并恒溫1.5~2.化，然后向其中依次加 入去离子水和出化溶液，得到深栋色GO产物；
[0012]步骤5,对深栋色GO产物进行洗涂，离屯、、干燥后即得到片状氧化石墨締 GO。
[OOU] 所述步骤巧P步骤3中的升溫速率为2~5°C/min。
[0014] 所述步骤4中的降溫速率为2~5°C/min。
[0015] 所述步骤4中混合液与加入的去离子水和此化溶液的体积比为（100~130): (300~ 500):(50~100)。
[0016] 所述步骤4中去离子水的加入速度为15~25mL/min，出化溶液的加入速度为6~ 8mL/min。
[0017] 所述步骤4中加入去离子水后间隔25~35min再加入出化溶液。
[001引所述步骤4中的出化溶液由体积比为1:5的出化和去离子水配制而成。
[0019] 所述步骤5中用稀肥1和去离子水洗涂深栋色GO产物。
[0020] 所述步骤5中的干燥为在75~80°C下干燥12~15h。
[0021] 所述的无高溫氧化过程的片状氧化石墨締 GO的制备方法制得的片状氧化石墨締 GO，该片状氧化石墨締 GO的形貌为均匀的片状，且片状氧化石墨締 GO的厚度为0.5~3nm，其 氧化程度Id/1g为0.993~1.116。
[0022] 与现有技术相比，本发明具有W下有益效果：
[0023] 本发明公开了一种无高溫氧化过程的片状氧化石墨締 GO的制备方法，主要通过改 变氧化剂等原料的添加速度和改变高溫氧化时间，提高所制GO的氧化程度、GO片层的大小 和分离程度。该方法W价廉的天然石墨为碳源，W硝酸钢、高儘酸钟、硫酸、过氧化氨等为氧 化剂进行氧化。本发明为了进一步提高实验的效率，缩短实验时间，采用改进的Hummers方 法，在保证一定氧化程度满足需求的情况下，对制备过程中的氧化剂添加的顺序和速度进 行严格调控，W出S〇4为基体溶液，W不同的速度先后加入石墨、硝酸钢和高儘酸钟，同时对 中溫(35°C)阶段的溫度制度和氧化时间进行了严格的控制，并去掉了高溫(98°CW上)氧化 阶段，达到氧化剂与石墨充分接触、氧化反应充分进行的效果，并能够保证所制得的片状氧 化石墨締 GO具有较高的氧化程度，而且片状氧化石墨締 GO片层的大小和分离程度可控，并 且片状氧化石墨締 GO的产量高。该方法缩短了制备片状氧化石墨締 GO的时间，降低了对实 验装置的要求，使其适用性进一步提高，适合大规模生产和使用。
[0024] 本发明用改进的化mmers方法制得了均匀的片状氧化石墨締 GO，制得的片状氧化 石墨締 GO的厚度分布范围窄，约为0.5~化m，氧化程度高，其氧化程度Id/Ig控制在0.993~ 1.116之间，具有良好的应用前景。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明实施例1-3制备的无高溫氧化过程的片状氧化石墨締 GO的XRD图；
[0026] 图2是本发明实施例1-5制备的无高溫氧化过程的片状氧化石墨締 GO的??Μ图，其 中（a)~(e)分别为在35 °C保溫0.化、化、化、3h、4h制备的片状氧化石墨締 GO的TEM图；
[0027] 图3是本发明实施例1-5制备的无高溫氧化过程的片状氧化石墨締 GO的Raman图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和本发明优选的具体实施例对本发明做进一步描述，原料均为分析 纯。
[0029] 实施例1:
[0030] 步骤1，将115mL的浓此S化置于锥形瓶中，将锥形瓶置于低溫恒溫槽中，降溫至0°C 并恒溫35min;然后在揽拌状态下，分别W〇. 33g/min、0.5g/min和1.5g/min的速度依次加入 5g石墨、5g硝酸钢和15g高儘酸钟，(TC恒溫揽拌均匀，得混合液；
[0031] 步骤2,在揽拌条件下，W3°C/min的升溫速率将混合液升溫至25Γ，持续揽拌并保 溫化；
[0032] 步骤3,在揽拌条件下，W3°C/min的升溫速率继续将混合液升溫至35Γ，持续揽拌 并保溫氧化化；
[0033] 步骤4,在揽拌条件下，W3°C/min的降溫速率将混合液降溫至(TC，然后保持揽拌 状态，恒溫化，之后W20mL/min的速度向混合液中加入400mL去离子水，间隔30min后，W 6mL/min的速度继续向混合液中加入60mL此化溶液，至不出现气泡为止，得到深栋色GO产 物;其中出〇2溶液由体积比为1:5的出0沸去离子水配制而成；
[0034] 步骤6,分别用稀HC1(由体积比为1:10的浓HC1和去离子水配制而成）和去离子水 对深栋色GO产物各洗涂两次，然后W5000转/分钟的速率离屯、、再在80°C下干燥1化后即得 到片状氧化石墨締 GO。
[00对在图1中，实施例1中在35°C保溫化制得的片状氧化石墨締 GO的邸D图谱中，在2目= 10.4°出现GO的特征(001)衍射峰，具有较高的强度，说明制备了氧化程度较高的G0,同时在 20 = 24°出现(002)衍射峰，出现部分的RG0堆煤结构，同时含有一定量的残余石墨。在图2 中，经TEM测试实施例1所制得的GO为均匀片状，分散良好，无明显堆叠团聚现象，能很好的 适用于还原、功能化处理或与其他物质的复合。在图3中，实施例1在35Γ保溫化制得的GO的 Raman图谱，在1300cm-i处和leOOcnfi处分别出现了代表SP3杂化的D峰和SP2杂化的G峰，如表 1中所示，实施例1制得的GO的Id/Ic=1.081，说明石墨的有序SP2杂化碳原子被氧化为无序 的SP3杂化的碳原子，所制得的GO具有良好的氧化程度。
[0036] 实施例2:
[0037] 步骤1，将115mL的浓此S化置于锥形瓶中，将锥形瓶置于低溫恒溫槽中，降溫至0°C 并恒溫35min;然后在揽拌状态下，分别W〇. 33g/min、0.5g/mi