氧化石墨
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氧化石墨，graphite oxide或graphitic oxide，正式中文名稱為石墨氧化物或被稱為石墨酸，是一種由物質量之比不定的碳、氫、氧元素構成的化合物。氧化石墨可以通過用強氧化劑來處理石墨來製備。所得到的的產物中，氧化程度最高的產物是一種碳、氧數量之比介於2.1到2.9之間黃色固體，並仍然保留石墨的層狀結構，但結構變得更複雜。
鬆散的氧化石墨分散在鹼性溶液中形成類似石墨烯結構的單原子厚度的片段。氧化石墨因為具有這個性質，所以具有用於工業化生產石墨烯的可能性，因此吸引眾多科學家參與研究。但直到2010年為止，這條石墨烯製備路線仍存在大量結構方面的問題。
歷史 編輯
製備 編輯
赫摩爾斯和奧弗曼在1957年提出一種更加安全、快速、有效的方法。他們將濃硫酸、硝酸鈉、高錳酸鉀混合後處理石墨來製備氧化石墨，這個方法至今仍被廣泛使用（據2010年的文獻報導）。[3][4]
最近濃硫酸與高錳酸鉀的混合溶液被用於切割碳奈米管來產生少量的石墨烯奈米帶，並且石墨烯奈米帶的邊緣具有氧原子（=O)或者羥基(-OH)等基團。[5]
結構 編輯
氧化石墨的結構和性質取決於合成它的方法。氧化石墨仍然保留石墨母體的片狀結構，但是兩層間的間距（約0.7nm）大約是石墨中層間距的兩倍。嚴格的說，「氧化」一詞是不正確的，只是由於歷史原因而保留下來了。在氧化石墨中，除了純粹引入氧原子的過氧鍵外，實驗證實，結構中還存在其他種類官能團，比如羰基（=CO）、羥基（-OH）和酚羥基。[6]氧化石墨層的厚度約為1.1 ± 0.2 nm。掃描隧道顯微鏡表明在氧化石墨中某些區域內，氧原子以0.27 nm × 0.41 nm的晶格常數排列為矩形。在氧化石墨層的最邊緣均為羰基或羧基。
應用 編輯
近來氧化石墨被聚焦了太多的注意力，科學家試圖以氧化石墨為原料來大規模工業化生產石墨烯。雖然眾所周知，石墨烯具有很好的電學性質，但氧化石墨本身卻是絕緣體（或是半導體）。由於氧化石墨中存在大量親水基團（如羧基與羥基），氧化石墨很容易在水溶液分散，形成單個小片段，而且絕大部分都只有單個石墨層。之後再通過還原反應就可以還原得懸浮狀態的石墨烯片段。
少量的實驗室製備石墨烯的方法是用肼處理處於懸浮狀態的氧化石墨，並加熱至100℃保持24小時。或者也可以將氧化石墨放入氫氣氛圍中，通過電擊得到。或者將氧化石墨暴露在強脈衝光線下，例如氙氣燈也能得到石墨烯。
參見 編輯
參考資料 編輯
- ^ He, Heyong; Klinowski, Jacek; Forster, Michael; Lerf, Anton. A new structural model for graphite oxide. Chemical Physics Letters. 1998-04, 287 (1-2): 53–56 [2021-10-16]. doi:10.1016/S0009-2614(98)00144-4. （原始內容存檔於2020-11-27） （英語）.
- ^ XIII. On the atomic weight of graphite. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 1859-12-31, 149: 249–259 [2021-10-16]. ISSN 0261-0523. doi:10.1098/rstl.1859.0013. （原始內容存檔於2021-10-19） （英語）.
- ^ Hummers, William S.; Offeman, Richard E. Preparation of Graphitic Oxide. Journal of the American Chemical Society. 1958-03, 80 (6): 1339–1339 [2021-10-16]. ISSN 0002-7863. doi:10.1021/ja01539a017. （原始內容存檔於2021-10-21） （英語）.
- ^ Marcano, Daniela C.; Kosynkin, Dmitry V.; Berlin, Jacob M.; Sinitskii, Alexander; Sun, Zhengzong; Slesarev, Alexander; Alemany, Lawrence B.; Lu, Wei; Tour, James M. Improved Synthesis of Graphene Oxide. ACS Nano. 2010-08-24, 4 (8): 4806–4814 [2021-10-16]. ISSN 1936-0851. PMID 20731455. doi:10.1021/nn1006368. （原始內容存檔於2021-10-19） （英語）.
- ^ Kosynkin, Dmitry V.; Higginbotham, Amanda L.; Sinitskii, Alexander; Lomeda, Jay R.; Dimiev, Ayrat; Price, B. Katherine; Tour, James M. Longitudinal unzipping of carbon nanotubes to form graphene nanoribbons. Nature. 2009-04, 458 (7240): 872–876 [2021-10-16]. ISSN 0028-0836. PMID 19370030. doi:10.1038/nature07872. （原始內容存檔於2021-10-19） （英語）.
- ^ Pandey, D.; Reifenberger, R.; Piner, R. Scanning probe microscopy study of exfoliated oxidized graphene sheets. Surface Science. 2008-05, 602 (9): 1607–1613 [2021-10-16]. doi:10.1016/j.susc.2008.02.025. （原始內容存檔於2020-09-18） （英語）.
- ^ Log in om een reactie te plaatsen. Graphite oxide exfoliation by heating: exlplosion with fire. YouTube. 2011-02-03 [2013-03-18]. （原始內容存檔於2014-06-22）.