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第 3 期 杨建召，等: 不同氧化程度氧化石墨烯氨气敏感性能及机理 ·383·

关，不同含氧官能团的键长有所不同，随氧化程度 —COOH 易分解或转化 [24-25] 。
的增加接在结构层两侧的羟基转化为环氧基，进而 2.2 GOs 的气敏性能
引起层间距减小 [18] 。 2.2.1 静态电阻及灵敏度变化
2.1.2 GOs 的含氧官能团变化 图 4 是将不同氧化程度 GOs 元件置于不同体积
图 3 为不同氧化程度 GOs 样品的 FTIR 图谱。 分数 NH 3 气氛下静态电阻变化和灵敏度曲线。

图 3 不同氧化程度 GOs 的 FTIR 图谱
Fig. 3 FTIR patterns of GOs with different oxidation degree

由图 3 可以看出，石墨在氧化过程中接入了多
种含氧官能团。分析认为，1730、1630、1388、1226、
–1
1049 和 877 cm 处的吸收峰分别为羰基伸缩振动 [19] 、
水分子的弯曲振动 [20] 、羟基的弯曲振动 [21] 、环氧基
伸缩振动 [22] 、羟基伸缩振动 [21] 和环氧基面外弯曲振
动 [22] 。其中，羟基的吸收峰最强，环氧基在 GOs-2、
GOs-4、GOs-5 样品中有较为明显的吸收峰，羰基和

羧基吸收峰的强度变化规律性不强。 图 4 不同氧化程度 GOs 元件静态电阻变化曲线（a）和
表 1 为不同氧化程度 GOs 中各官能团的相对含 灵敏度曲线（b）
量，采用 XPS 分峰拟合得到。 Fig. 4 The change curve (a) and the static sensitivity curve(b)
of GOs static resistance

表 1 不同氧化程度 GOs 样品中官能团相对含量 由图 4a 可以看出，将元件分别置于一定体积分
Table 1 Relative content of various function groups of GOs
数（0.002%、0.004%、0.006%、0.008%、0.01%）
相对含量%
样品 n(C)∶n(O) NH 3 气氛环境下时，元件电阻随 NH 3 体积分数增大
C==C —OH —CH(O)CH— C==O —COOH
有所下降，电阻变化量由几十 kΩ 到到几百几千 kΩ
GOs-1 58.05 30.34 — 11.61 — 3.24
GOs-2 56.58 33.15 10.18 — — 2.16 不等，GOs-1 元件在不同浓度 NH 3 气氛下电阻变化
GOs-3 49.94 43.75 — 6 . 3 — 2.18 不大，几乎为一条直线，随氧化程度的增加，元件
GOs-4 44.25 34.24 13.30 — 8.21 1.93
的电阻变化逐渐趋于明显，其中，在 NH 3 体积分数由
GOs-5 48.12 30.58 18.31 — 3.00 1.89
0 增加到 0.010%时，GOs-3 的电阻由初始的 1420 kΩ
注：—表示未测得该项数值。
变化到 250 kΩ，电阻变化为 1170 kΩ。这是因为氧
由表 1 可以看出，不同氧化程度 GOs 中各官能 化剂的用量不同，导致 GOs 中活性位点的类型和含
团的含量有很大差别，随氧化程度增加，n(C)∶n(O) 量也不相同 [26] 。
逐渐减小。在低氧化程度时（GOs-1、GOs-2、GOs-3）， 图 4b 反映了不同氧化程度 GOs 的静态灵敏度
—OH 的相对含量逐渐增加，GOs-3 中含量最高 变化规律。当样品的氧化程度较低时，由于样品的
（43.75%）。当氧化剂与石墨质量比达到 4 或 5 时， 电阻率变化很小，因而灵敏度很低。如 GOs-1 样品
—OH 相对含量迅速下降，出现了更多的—CH(O)CH—。 的氧化程度低，仍有部分石墨相存在，接入的含氧
这是由于氧化程度过高，—OH 与氧结合后，进一 官能团量少，活性位点少，主要以物理吸附为主 [27] ，
步氧化生成—CH(O)CH— [23] 。C==O 含量变化不稳 元件的静态灵敏度很小。随氧化程度的增加，各元
定，而—COOH 则出现在氧化程度较高的 GOs-4 和 件样品的灵敏度都有不同程度的增大。其中，GOs-3
GOs-5 样品中，说明 GOs 结构中边缘的 C==O 和 样品的灵敏度最大，且线性关系较好；GOs-2 和