阴阳离子表面活性剂辅助剥离制备氧化石墨烯的研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

氧化石墨烯是石墨烯的一种重要的衍生物,将氧化石墨烯还原是大规模合成石墨烯最有希望的方法；同时氧化石墨烯本身有很多用途,如与其它材料复合以提高材料的性能。石墨烯具有二维晶体结构，但一直以来，在理论上认为，严格的二维晶体结构在非绝对零度的条件下是不能稳定存在的。直到2004年，被英国曼彻斯特大学的geim 等人^[1]在实验室通过“微机械剥离法”制得的石墨烯材料所动摇。二维晶体是一种在平面上无限重复，在垂直于平面方向上仅具有纳米尺度的平面结构^[2]。从此石墨烯作为崭新的二维材料被广泛研究，关于石墨烯的研究逐渐发展并走向繁荣。但传统制备工艺存在诸多缺陷，如无法快速、高效的剥离石墨等，而运用表面活性剂将是解决这一问题的重要途径。

石墨烯是由单层碳原子在通过共价键连接的二维结构，它保持着近乎完美的晶体结构和晶体学性质，蕴含着丰富的理化特性，同时石墨烯不仅是制备其他碳素材料的基础材料,自身也表现出优异的材料性能^[3-5]，具有很高的理论研究和研究价值。

结构决定性质,若要实现氧化石墨烯的广泛应用,制备大层片结构完整的氧化石墨烯是很有必要的。氧化石墨烯的结构与氧化工艺因素有很大的关系,因此探索氧化石墨烯在制备过程中的氧化剥离机理,制备氧化程度适中的氧化石墨,使其能够完全剥离为单片层氧化石墨烯基础上尽可能少地破坏层片的碳骨架结构,这对于实现氧化石墨烯的应用价值是很重要的。氧化石墨烯目前最广泛的应用是与高分子材料复合,从而提高复合材料的性能。许多高分子化合物是在有机溶剂中制得的,但除了几种有机溶剂外,氧化石墨烯在大多数有机溶剂中的分散性并不好。

2. 研究的基本内容与方案

通过改良的hummers法制备氧化石墨，控制实验条件制备不同氧化程度的氧化石墨，超声剥离制备氧化石墨烯，用水合肼还原得到还原后的石墨烯，并用x射线衍射（xrd）、拉曼光谱（raman spectra）、发射透射电子显微镜（tem）、傅里叶变化红外光谱（ft-ir)、zeta电位仪、原子力显微镜（afm)等^[9-13]对石墨烯进行表征，探究不同表面活性剂对剥离制备氧化石墨的影响。

制备氧化石墨：1、准确称取石墨1.5g，量取180ml浓硫酸、20ml浓磷酸分别依次加入到锥形瓶，缓慢加入高锰酸钾（0.2g-5g）于锥形瓶中。2、低温反应：控制温度在0℃，在400rpm条件下反应10min。3、高温反应：控制温度在温度t（0-50℃），在400rpm条件下反应t（1-2h）。4、冷却到室温，加入200ml的冰块，加入h₂o₂以出去多余的高锰酸钾氧化剂。5、酸洗：加入浓盐酸200ml，充分搅拌后抽滤，以去除溶液中的硫酸根离子；水洗：加入去离子水200ml，充分搅拌后抽滤；醇洗：加入乙醇200ml，充分搅拌后抽滤；最后水洗至电导率没有明显变化为止，放入冷冻干燥机干燥成粉末。

氧化石墨烯的制备：称取0.050g的氧化石墨，加入适量的高分子插层剂，溶解在100ml去离子水中，低速搅拌30min以混匀；在超声频率为20khz，振幅为20%的条件下超声10min。然后将超声后悬浮液以3000rpm离心30min，所得上清液即为制得的氧化石墨烯溶液。

3. 研究计划与安排

第03-04周 查阅相关文献资料，明确研究内容，确定试验方案，完成开题报告；

第05-12周 确定试验方案，完成试验内容；

第13-14周 完成并修改毕业论文；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]k．s．novoselov，a．k．geim,s.v.morozov，et al.electric field effect in atomically thin carbon films[j]．science，2004，306(5696)：666-669．

[2] 傅强,包信和.石墨烯的化学研究进展[j].科学通报, 2009, 54（18）: 2657-2666.

[3] 沈明,张天友,张东.氧化石墨烯的剥离方法的研究进展[j].碳素，2009（3）:13-18.