氧化石墨烯膜的制备及其气体分离性能研究开题报告

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1. 研究目的与意义

石墨烯作为一种新型的纳米二维材料，由于其独特的结构，其具有结构稳定、导电性高、韧度高、强度高、比表面积大等优异的物理性能。其独特的优异性能使其在众多领域具有巨大的应有前景。然而，目前市场石墨烯产品存在尺寸和层数不均匀、单层含量低、比表面积远低于理论值、无法分级等问题，严重地阻碍了石墨烯的各种优异性能的体现；其次，在石墨烯生产过程中伴随着巨大的污水处理成本，使得石墨烯产品的价格居高不下，阻碍了石墨烯产品的推广应用。因此，寻找实现高质量、低成本和绿色的石墨烯制备的有效途径对石墨烯研究具有重要意义。本研究采用氧化还原法制备石墨烯，设计合理的实验流程，减少实验过程中废气的排放量，制备出高质量的石墨烯产品。

2. 国内外研究现状分析

目前，石墨烯制备方法主要有微机械剥离法、外延生长法、溶液剥离法、化学气相沉积法（cvd)和氧化还原法。

1、微机械剥离法geim等利用氧等离子束先在高定向热解石墨表面刻蚀出宽

20μm～2mm、深5μm的微槽，用透明胶从石墨上剥离出石墨薄片，放入丙酮溶液中超声振荡，再将单晶硅片放入丙酮溶剂中，由于范德华力或毛细管力，单层石墨烯会吸附在硅片上，从而成功地制备出单层的石墨烯。该方法制备的石墨烯简单易行，不需要严格的实验条件，而且得到的产品缺陷比较少、质量高，但是该法生产效率比较低。

3. 研究的基本内容与计划

以鳞片石墨为原料，采取氧化还原法制备石墨烯氧化物产品，具体实验内容如下：

预氧化阶段：在80℃条件下，将3g石墨粉加入到12ml浓硫酸中，然后将2.5gk2s2o8和2.5gp2o5缓慢加入到上述混合溶液中，在相同的温度下保持4小时，然后冷却至室温，用0.5l去离子水稀释溶液，然后过滤洗涤，重复几次去除多余的酸，将滤饼干燥直至没有水分。

二次氧化阶段：在0℃下，将预氧化阶段产品加入到120ml浓硫酸中，然后非常缓慢的加入15gkmno4。2小时之后，用1l去离子水稀释上述混合溶液。然后缓慢加入20ml30%h2o2直至溶液变黄，然后混合液使用大量的去离子水和1l10%hcl通过离心反复洗涤，最后通过冷冻干燥，最终得到氧化石墨烯产品。

4. 研究创新点

1、该方法采用了预氧化阶段，先降低了石墨层间的范德华力，有利于石墨粉更好的被氧化；

2、Hummers法等一些氧化还原法都是通过低温反应、中温反应、高温反应制备石墨烯氧化物，而该方法氧化阶段是在冰浴和80℃中条件下进行，条件要求不是很苛刻，流程简单。