高分散性石墨烯的制备

• 作 者: 李晶
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 石墨烯 氧化石墨烯 化学还原法 高分散 没食子酸 芦丁

石墨烯(Graphene)是单层碳原子的新型二维无机纳米材料，具有优良的力学、电学、热学和光学等性质，在纳米电子器件、生物环境、储能材料及高性能复合材料等领域有着巨大的应用前景。目前制备石墨烯的方法有微机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、纵向切割碳纳米管法和化学还原法等。其中，化学还原法具有易操作、产率高、成本低、可大规模生产等优点，是最有工业应用前景的方法。但该方法需解决两个问题，一是许多还原剂具有毒性，所得石墨烯在生物环境领域的应用受到限制；二是产物石墨烯的可分散浓度小。本论文针对这两问题，开展了以下研究工作。采用化学还原法，选用天然产物没食子酸在还原氧化石墨烯的过程中既作还原剂又作稳定剂，制备了可高度分散的石墨烯，在水和二甲基亚砜中的分散浓度分别达1.2和4mg/mL。另外，采用天然芦丁同时作为还原剂和稳定剂，制备了可高度分散的石墨烯，在水和二甲基亚砜中的分散浓度分别达1.5和4mg/mL。通过UV-vis光谱、IR光谱、Raman光谱、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、选区电子衍射（SAED）和热失重等测试证明了没食子酸和芦丁有效地还原了氧化石墨烯。此外，利用原子力显微镜（AFM）和透射电镜（TEM）对产物石墨烯的厚度及微观形貌进行了表征。没食子酸和芦丁因分子中苯环结构单元能与石墨烯形成π–π共轭作用，被吸附在石墨烯表面作为稳定剂，石墨烯片因而具有较强负电性，阻止了石墨烯片的堆积，所得石墨烯具有很高的分散性，在生物环境材料领域有广阔的应用前景。另外，采用芦丁还原氧化石墨烯制备了石墨烯凝胶，该凝胶具有很好的吸附油和有机溶剂的性能，有望用于油品及溶剂的回收。