一文看懂石墨烯氧化物（氧化石墨烯）！

本文摘要：什么是氧化石墨烯?氧化石墨烯是一种由高度氧化的碳原子组成的二维纳米薄片，其边缘和基底平面上装饰着含氧官能团。氧化石墨烯的属性氧化石墨烯因其高外貌积、功效性和二维(2D)片状结构而具有奇特的性质。它的高度氧化碳原子排列成蜂窝状六边形晶格。 单个薄片通常在X和Y偏向上的宽度为纳米到微米。单层氧化石墨烯的厚度一般为0.7-1.2纳米。 氧化石墨与氧化石墨烯的区别在于薄片的整体厚度。凌驾10层的质料通常被认为是石墨，而不是石墨烯。

什么是氧化石墨烯?氧化石墨烯是一种由高度氧化的碳原子组成的二维纳米薄片，其边缘和基底平面上装饰着含氧官能团。氧化石墨烯的属性氧化石墨烯因其高外貌积、功效性和二维(2D)片状结构而具有奇特的性质。它的高度氧化碳原子排列成蜂窝状六边形晶格。

单个薄片通常在X和Y偏向上的宽度为纳米到微米。单层氧化石墨烯的厚度一般为0.7-1.2纳米。

氧化石墨与氧化石墨烯的区别在于薄片的整体厚度。凌驾10层的质料通常被认为是石墨，而不是石墨烯。

氧化石墨烯片的AFM图像它很容易疏散在水，聚合物，溶剂，使用超声波或高剪切方法，如均质机。氧化石墨烯是电绝缘的，但它可以通过淘汰官能团来实现导电。还原历程除去了大部门外貌功效，恢复了石墨烯晶格结构。

氧化石墨烯的分子结构物理性质如果不讨论氧化石墨烯的功效化，就无法讨论它的物理性质。氧化石墨烯通常有40%的氧基，包罗OH、COOH和环氧基。这种物理特性使得石墨烯氧化物可以疏散在Di水、NMP、DMF、THF、乙醇和其他极性溶剂中。

氧化石墨烯是一种浅棕色(棕褐色)固体粉末，碳氧比在2.1和2.9之间。这些特性赋予了氧化石墨烯特殊的溶解性和优越的疏散性能。单独的层保留了石墨的结构，但它们之间的间距更大且不规则。薄片通常是几百纳米到几十微米宽。

电子性质只管氧化石墨烯的电子性能无法与原始石墨烯(CVD或外延石墨烯)相比，但由于氧化导致的结构缺陷会破坏sp2键合网络。它可以用来提高氧化石墨烯的导电性，并为实际应用提供许多优势。

此外，它可以搭配更导电的质料，以提高电导率。光学性质氧化石墨烯的光学特性使其成为一种光学透明质料。虽然不是完全透明的，但用不到5层厚度的氧化石墨烯薄膜可以到达90%以上的光学透明度。每一层石墨烯都市降低约2%的透明度。

氧化石墨烯与碳纳米管或银纳米线联合可以制成透明导电油墨和薄膜。热性能石墨烯优异的热性能引起了人们极大的兴趣，这也是石墨烯被用于热治理应用的原因。单层石墨烯具有很高的导热系数，但数据显示，再增加一层石墨烯会大大降低其导热系数。层间距对导热系数有显著影响，即层数和层间距会降低整体导热系数。

在层间距相近的情况下，氧化石墨烯的导热系数高于块状石墨。增加层间间距和氧基的存在增强了声子散射。它的高导热性可以归因于由于氧原子提供的共价相互作用而增加的层间耦合。

氧化石墨烯热导率热导率与(a)氧原子笼罩率的关系(红线与实心红方);(b)氢原子(蓝线加实心蓝圈);(c)模拟氧原子重量的质量缺陷(红线与开口红方);(d)模拟氢原子重量的质量缺陷(蓝线与开蓝圆)。插图展示了模拟的代表性结构。

蓝球代表碳原子，红球代表氧原子和人工氧原子，蓝球代表氢原子和人工氢原子。研究讲明，氧化石墨烯的热导率与氧基的存在量直接相关。在0.5%的氧基下，氧化石墨烯的导热系数比原始石墨烯低约50%。

随着氧含量的增加，它的导热系数降低。氧化石墨烯的最小导热系数在期刊文章中约为8.8 W/mK，低于理论最小导热系数11.6 W/mK。

这讲明，我们可以通过控制氧化和还原来调整石墨烯氧化物的热输运。机械性能氧化石墨烯的机械性能远低于原始石墨烯。

单层石墨烯氧化物低有效杨氏模量(207.6 ~ 23.4 GPa当使用厚度为0.7 nm)相比,“原始”石墨烯的报道价值~ 1.0 TPa的杨氏模量,~ 130 GPa的最终强度据李et al。氧化历程中形成的石墨结构缺陷降低了石墨的性能。还原氧化石墨烯可以改善其力学性能，恢复石墨化结构。

氧化石墨烯作用场景氧化石墨烯在多种溶剂和聚合物中的高溶解度使其具有氧化石墨烯的溶液处置惩罚性能。它可以旋转，浸镀，或涂层到一个衬底使用槽模具，屏幕，凹印，或其他印刷方法。它可以用激光举行图形化和还原，甚至可以在小我私家电脑上使用DVD刻录机。

石墨烯氧化物的历史碳的同素异形体氧化石墨烯的历史可以追溯到150多年前!它最初被称为氧化石墨，1859年由牛津大学的化学家本杰明·布罗迪首先用氯酸钾和发烟的硝酸去角质石墨薄片来制备。William Hummers和Richard Offeman在1957年开发了Hummers方法，通过使用硫酸、硝酸钠和高锰酸钾，使生产历程更快、更宁静。这个历程至今仍在使用，并做了一些修改，以只管淘汰对情况和宁静的影响。合成方法氧化石墨烯和石墨烯氧化物淘汰流程流革新的Hummer法合成法通常是用高锰酸钾、过氧化氢、硫酸和盐酸等强氧化剂处置惩罚石墨，在化学历程中从石墨中获得氧化石墨。

这种化学历程将石墨剥离成单个或少数的原子层片，扩展层间结构，增加官能团。含氧官能团的类型和数量使氧化石墨烯亲水，这意味着它是水溶性的。氧化石墨烯最初被称为氧化石墨烯，其合成涉及到石墨与强氧化剂(通常是高锰酸钾和硫酸)发生反映，然后举行冲洗和离心，直到冲洗水滤液的PH值为中性。然后冷冻干燥以保持溶解性。

一些生产商甚至使用透析来净化氧化石墨烯。氧化石墨烯被合成历程中发生的碱盐副产物污染后，由于盐催化碳的燃烧，氧化石墨烯高度易燃。

常见的氧化石墨烯合成方法有四种:Staudenmaier、Hofmann、Brodie和Hummers。这些方法的变体是存在的，包罗Tour方法，一种革新的hummers方法。

它的合成被不停地研究和革新，以提供更一致的质量，淘汰情况问题，并降低成本。氧化历程通常用碳氧比来评价，认为>40%是可以接受的。石墨烯氧化物的用途氧化石墨烯的应用氧化石墨烯的应用领域包罗催化、药物通报、太阳能、电池、组织支架、海水淡化等诸多领域。

它的。

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