氧化石墨烯的制備與表征

趙麗敏,張寶峰

（1.赤峰學院，內蒙古 赤峰 024000；2.赤峰市第二實驗中學，內蒙古 赤峰 024000）

GO具有層狀的單原子及一個龐大二維結構，GO的表面有大量的羧基、羥基、環氧化物等含氧的官能團，這些官能團賦予GO許多特性[17-19]，如良好的分散性、親水性以及與一些聚合物的兼容性等等[20].與各種有機、生物分子連接之后，使其應用在生物體內，用來作納米級別藥物的載體.GO之所以能優于其他碳納米材料，歸功于它的平面結構和π共軛體系[21]，可為金屬離子或者生物大分子等提供大量結合位點[22-23].因此，以GO為載體的有機分子、生物大分子表現出優異的萃取性能.另外，GO機械強度較高及比表面積大等優點可使其復合材料的強度和吸附能力也隨著增強[24-25].近些年來，以GO為載體的復合材料已有很多的文獻報道[26-27].隨著GO功能化方法的發展，不同功能的含氧基團賦予GO更多潛在的優勢，這將使得以GO為載體的復合材料具有更為廣闊的發展空間.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

所用儀器：ThermoFisher紅外光譜儀 IDS5(ThermoFisher).

濃硫酸 (H2SO4)，硝酸鈉 (NaNO3)，高錳酸鉀(KMnO4)，雙氧水(H2O2)，氫氧化鈉(NaOH)，無水乙醇(CH3CH2OH)，所用試劑均購自北京德威納生物技術有限公司；所用試劑均為分析純試劑.

1.2 Hummers法制備GO

把2.1255g石墨和1.0736g NaNO3混合加入到50ml的98%硫酸中，反應在250ml圓底燒瓶中進行，將此混合物置于冰浴中繼續攪拌30min.把6.0398g高錳酸鉀加到此懸浮物之中，添加的速率盡量慢些，大約加2個半小時左右.加完之后，再把冰浴撤掉，控至溫度在20℃下，攪拌12個小時.然后加60ml的蒸餾水，放在98℃的油浴中，攪拌24小時.然后加30%的過氧化氫100ml.低速離心水洗除過量的酸和其它副產物，一直洗到不含硫酸根離子為止,可以取離心之后上清液加入醋酸鋇看是否出現渾濁，若不出現渾濁說明硫酸根離子已經洗凈.最后再用乙醇溶液洗滌兩到三次，并在50℃以下進行干燥，最終得到灰色的GO.取少量剛剛制得的GO和溴化鉀一起研磨后再測其紅外光譜，得到如圖1所示.

圖1 Hummers法制備GO的紅外光譜圖

1.3 超生輔助Hummers法制備GO

超聲輔助Hummers 法合成GO[28-29]，除了在反應過程中對反應物進行超聲振蕩以外，其他均與Hummers法制備GO的合成方法相同.取少量的超聲輔助Hummers法合成的GO與溴化鉀一起研磨，測其紅外光譜如圖2所示.

圖2 超生輔助Hummers法制備GO的紅外光譜圖

2 結論

我們利用Hummers法和超生輔助Hummers法制備GO.通過以上紅外光譜說明這兩種方法都是可以合成GO，但是超生輔助Hummers法制備GO可以縮短實驗的時間，提高制備GO的效率[30-32].并且，使用超聲輔助Hummers法制備GO不但方便快捷，還能有效地提高GO的層間距[33-34]，有利于其他有機分子或生物分子等插入GO的層間形成復合材料[35-37].同時也易于剝離成單層的氧化石墨烯[38-39].另外，對比兩個紅外光譜圖我們不難發現用超生輔助Hummers法制備GO純度更高一些[40].由于制備GO的活性炭成本較低廉，因而制備GO的復合物會更具競爭優勢.

〔1〕Li W,Jia Q N,Zhao G C.J.Instrum.Anal.(李偉，賈其娜，趙廣超.分析測試學報),2011，30(7):734－738．

〔2〕Kim J,Cote L J,Kim F,et al.J.Am.Chem.Soc.,2010,132(23):8180-8186.

〔3〕Zhao G,Ren X,Gao X,Tian X,Li J,Chen C,Huang Y,Wang X.Dalton Trans,2011,40(41):10945－10952.

〔4〕Li D,Müller M B,Wallace G G,et al.Nature Nanotech,2008,3:101-105.

〔5〕Zhao G,Li J,Ren X,Chen C,Wang X.Environ.Sci.Technol,2011,45(24):10454－10462．

〔6〕Liu J W,Zhang Q,Chen X W,Wang J H.Chem.Eur.J,2011,17(17):4864－4870．

〔7〕Liu Q,Shi J,Cheng M,Li G,Cao D,Jiang G.Chem.Commun,2012,48(13):1874－1876．

〔8〕Yang X Y,Zhang X Y,Liu Z F,et al.J.Phys.Chem.C,2008,112(45):17554-17558.

〔9〕Zhang N,Qiu H,Si Y,Wang W,Gao J.Carbon,2011,49(3):827－837．

〔10〕Ding R F,Hu Y,Gui Z,et al.Polymer Degradation andStability,2003,81(3):473-476.

〔11〕Luo Y B,Cheng J S,Ma Q,Feng Y Q,Li J H.Anal.Methods.2011,3:92－98．

〔12〕Hummers W S,Offeman R E.J.Am.Chem.Soc.,1958,80:1339-1339.

〔13〕GEIM A K，NOVOSELOV K S．The rise ographene[J]．NatureMaterials．2007，6：183．191．

〔14〕Cassagneau T, Guerin F, Fendler J H.Preparation and charac-terization of ultrathin films layer-by-layer self-assembled from graphite oxide nanoplatelets and polymers[J].Langmuir,2000,16(18):7318-7324．

〔15〕Zhang S L,Du Z,Li G K.Anal.Chem,2011,83(19):7531－7541．

〔16〕Szabo T.Szeri A,Dekany I.Composite graphitic nanolayers prepared by self-assembly between finely dispersed graphite oxide and a cationic polymer[J]．Carbon，2005，43(1)：87-94．

〔17〕Huang K J.Jing Q S,Wei C Y,Wu Y Y.Spectrochim.Acta A，2011，79(5):1860－1865．

〔18〕Matsuo Y．Preparation of intercalation compounds of gmphite oxide[J]．TANSo.2007(228)：209-214．

〔19〕Zou J,Song X,Ji J,Xu W,Chen J,Jiang Y,Wang Y,Chen X.J.Sep.Sci,2011,34(19):2765－2772．

〔20〕schniepp H c，Li J L，McAllister M J，et a1．Functionalized single graphene sheets deriVed.

〔21〕weihua Kai,Yuuki Hirota,Lei Hua,et a1.Thermal and me.Chanical properties of a poly(-caprolactone)/graphite oxide composite[J].Journal of Applied Polymer Science,2008.107(3):1395-1400．

〔22〕楊建固,牛文新,李建沒等.聚苯乙烯/氧化石墨烯復合材料的制備與性能[J].高分子材料科學與工程,2005,21(5):55-58.

〔23〕Bissessur R, Liu P K Y, Scully S F.Intercalation of polypyrrole into graphite oxide[J].Synthetic Metals,2006,156 (16-17):1023-1027.

〔24〕Herrem-AJonso M.Abdala A A,McAllister M J,et a1.Inter-calation and stitching of graphite oxide with diaminoalkanes[J].LangmuIr.2007,23(21):10644-10649.

〔25〕Matsuo Y,Hatase K,Sugie Y.Monomer emission from pyrene adsorbed in surI'actantintercalated graphite oxide[J].ChemCommun.1999(1):4344.

〔26〕Matsuo Y.Fukutsuka T,sugie Y.Monome ric dispersion of covllently attached pyrene chmmophores in silylated gmphite oxided[J].Chem Lett.2006,35(5):530-531.

〔27〕xu c, wu x, zhu J, et a1. synthesis of amphiphilic graphite oxjde[J].carbon,2008,46:386-389.

〔28〕Kotov N A,Dekany I,Fendler J H.ullrathin gmphite oxidepolyelectrolyte composites prepared by self-assembly:Transition between conductive and non-conductive states[J].Adv Mater,1996.8(8):637-641.

〔29〕Hao L,Song H,Zhang L,Wan X,Tang Y,LüY.J.Colloid Interface Sci,2012,369(1):381－387.

〔30〕Ding R，Hu Y，Gui Z，et a1．Preparation and characterization of polystyrene/graphite oxide nanocomposite by emulsion poly-merization f J J．Polymer Degradation and Stability，2003，81(3):473-476．

〔31〕Wang W-P．Pan C-Y.Preparation and characterization of poly -Styrene/graphite composite prepared by cationic grafting polymerizationl [J]．Polymer，2004，45(12)：3987-3995．

〔32〕Matsuo Y，Niwa T，sugie Y．Prepamtion and characterization of cationic su -ctantintercalated graphite oxide[J]．carbon，1999，37(6)：897-901．

〔33〕傅玲，劉洪波，鄒艷紅，等．Humme 法制備氧化石墨時影響氧化程度的工藝因素研究[J].炭素．2005(4)：10-14．

〔34〕Han z D，wang J Q．Preparation of graphite oxide and its or．ganic modi6cation[J]．chin J Inurg chem，2003，19(5)：459461．

〔35〕Bissessur R，Liu P KY，White W，et a1．Encapsulation of polyanilines into graphite oxide[J]．Langmuir，2006，22(4)：1729-1734．

〔36〕Buchsteiner A．Lerf A，Pieper J．water dynamics in grnphite oxide investigated with neutmn scatte ring[J]．J Phys chem B，2006．110(45)：22328-22338．

〔37〕Teplykh A E，BogdalloV s G，DorofeeV Y A．et a1．structumlstate of expanded graphite prepared fmm intercalation com-pounds[J]．crystallogr Rep，2006，5l：562-566．

〔38〕Madadrang C J,Kim H H,Gao G,Wang N,Zhu J,Feng H,Kasner M,Gorring M,Hou S.ACS Appl.Mater.Interfaces,2012,4(3):1186－1193．

〔39〕Xu J.Hu Y，Song L，et a1．Thermal analysis ofpoly (vinyl al-cohol)/graphite oxide intercalated composites[J]．Polymer Degradation and Stability．2001，73(1)：29-31．

〔40〕Lei Hua，Weihua Kai，Yoshio Inoue．Synthesis and characterization of poly(s-caprolactone)-graphite oxide composites [J]．Journal of Applied Polymer Science.2007，106(3)：1880-1884．