石墨烯水溶液的分散性研究

蔡雨楠 徐 晨 孫鳳梅

（南京信息職業技術學院 微電子學院，江蘇 南京210046）

0 引言

石墨烯具有獨特的二維結構和優異的物理化學性能，在材料科學、電子科學、生物醫藥、催化劑載體等領域有著巨大的應用前景，受到了廣泛的關注。然而，石墨烯相互間存在較強的范德華作用力使其不能在溶劑中穩定分散，與其他材料的相容性也不好，容易再次層疊在一起難以打開，這是制約石墨烯研究和應用的一個主要障礙。因此，對石墨烯進行改性以提高其在溶劑中的分散性及與其他材料的相容性，具有十分重要的理論和現實意義。本文主要研究兩種表面活性劑對石墨烯水溶液的分散性影響。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器和藥品

實驗儀器：電子天平、超聲波振蕩器、離心機、燒杯；

實驗藥品：自制氧化石墨烯、十二烷基磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、氫碘酸、去離子水。

1.2 十六烷基三甲基溴化銨改性

我們分別配制100mL濃度為0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液四個樣本，分別加入0.0mg、0.3mg、0.6mg、1.0mg的十六烷基三甲基溴化銨。攪拌后將樣品放進超聲波發生器內超聲1小時，然后加入HI試劑，用保鮮膜封口，放在超聲機內超聲30min。取出后將四個樣本進行離心，離心機的設置為3000轉、5min。離心完成后取上清液倒入小玻璃瓶內，封口。

1.3 十二烷基磺酸鈉改性

我們采用十二烷基磺酸鈉對石墨烯水溶液進行改性。分別配制100mL濃度為0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液四個樣本，十二烷基磺酸鈉的加入量分別為0mg、5mg、25mg、50mg。攪拌后將樣品放進超聲機內超聲1小時，然后加入HI還原劑，用保鮮膜封口，放在超聲機內超聲30min，得到改性的石墨烯水溶液。取出后將四個樣本進行離心，離心機的設置為3000轉、5min。離心完成后取上清液倒入小玻璃瓶內，封口。

2 結果與討論

2.1 十六烷基三甲基溴化銨改性

第二天觀察發現石墨烯水溶液的分散性尚可，但十六烷基三甲基溴化銨與氧化石墨烯水溶液的相容性并不是很好，瓶底有大量的白色絮狀物 （見圖1），可能是十六烷基三甲基溴化銨在水中的溶液度有限。通過降低該表面活性劑的濃度或許能獲得較好的分散效果，由于時間的關系，沒有深入研究。

圖1 十六烷基三甲基溴化改性的結果

2.2 十二烷基磺酸鈉改性

圖2為十二烷基磺酸鈉改性石墨烯水溶液放置一星期后觀察的結果。

圖2 十二烷基磺酸鈉改性的結果1

從左向右，十二烷基磺酸鈉的添加量分別為 0mg、5mg、25mg、50mg。由圖2可見：沒有添加十二烷基磺酸鈉的石墨烯已沉淀在瓶底；隨著十二烷基磺酸鈉添加量的增加，石墨烯水溶液的顏色加深，說明其分散性變好；添加50mg十二烷基磺酸鈉的試劑沉淀量最少，效果最好。

由于我們發現以上實驗結果讓人滿意，于是我們設想，會不會十二烷基磺酸鈉的加入量越多，石墨烯水溶液的分散性越好呢？于是我們配制100mL濃度為0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液四個樣本，十二烷基磺酸鈉的加入量分別為0mg、50mg、100mg、200mg。配好后我們放進超聲機內超聲1小時，然后加入HI試劑，用保鮮膜封口，放在超聲機內超聲30min。取出后將四個樣本進行離心，離心機的設置為3000轉、5min。離心完成后取上清液倒入小玻璃瓶內，封口。第二天觀察的結果如圖3。

圖3 十二烷基磺酸鈉改性的結果2

從右向左十二烷基磺酸鈉的加入量為0mg 50mg 100mg 200mg。我們可以明顯看出加入十二烷基磺酸鈉50mg的石墨烯水溶液顏色最深，溶液均勻，沒有明顯的沉淀；十二烷基磺酸鈉添加量為100mg和200mg的石墨烯水溶液上層顏色較淺，下層已出現黑色的沉淀。

以上結果表明：對于100mL濃度為0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液，加入十二烷基磺酸鈉50mg，并用氫碘酸進行還原，獲得的改性石墨烯的分散效果最好。

3 結論

（1）十六烷基三甲基溴化銨改性的石墨烯溶液分散性尚可，但溶液下面出現白色絮狀沉淀。

（2）對于0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液，通過添加十二烷基磺酸鈉使其濃度為0.5mg/mL，并加入還原劑氫碘酸，可獲得穩定分散的石墨烯水溶液。

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