Page 35 - 201904

第 4 期 侯永刚，等: 氧化石墨烯的制备及形成机理 ·561·

表 1 不同合成变量的改性 Hummers 法及 GO 性质
Table 1 Examples of modified Hummers method showing different synthetic variables and GO properties
前驱体 第一步氧化 第二步氧化 G O 性质
预 预 氧化 氧化 氧化 氧化 GO 中
文献 石墨 浓硫酸/ 水/ KMnO 4 NaNO 3 水 GO 横向
②
尺寸/μm 氧 膨 (mL/g) (mL/g) /(g/g) ③ /(g/g) ④ 时间 温度 /(mL/g) ⑤ 时间 温度 尺寸/μm C/O
①
化 胀 /h /℃ /h /℃ 摩尔比
[33] 45 是 有 38 — 5 . 0 — 2.0 35 77 — — 45 —
[34] <150 无 有 40 — 2.0 — 4.0 35 — — — 128 —
[35] 500~600 无 无 48 — 6.0 1.00 2.0 35 40 — — ~84 2.63
500~600 无 无 48 — 6.0 1.00 2.0 35 40 2.00 90 32~55 2.57
500~600 无 无 48 — 12.0 1.00 2.0 35 40 2.00 90 10~17 2.08
[21] <45 无 无 23 — 3.0 0.50 0.5 35 46 0.25 98 — 2.25
[36] <75 无 无 46 — 6.0 1.00 1.0 35 80 0.50 90 5~20 —
[37] <20 无 无 46 — 6.0 1.00 1.0 35 80 0.50 90 <0.22 2.71
[38] ~30 无 无 23 — 3.0 0.50 2.0 35 46 0.25 98 0.408 2.33
~30 无 无 23 — 3.0 0.50 0.5 60 46 0.50 60 0.480 2.28
~30 无 无 23 — 3.0 0.50 1.0 45 46 0.50 45 0.495 2.25
[39] ~20000 无 无 75 — 4.5 0.75 120.0 25 140 2.00 98 0.212 —
~20000 无 无 75 — 6.75 0.75 240.0 25 140 2.00 98 0.147 —
~20000 无 无 75 — 9 0.75 360.0 25 140 2.00 98 0.062 —
~20000 无 无 75 — 11.25 0.75 480.0 25 140 2.00 98 0.024 —
[31] <150 无 无 23 — 3.0 0.50 0.5 35 46 0.25 98 0.5~1.0 约 1.60
<150 无 无 23 — 6.0 0.50 19.0 35 134 0 0 0.5~1.0 约 1.60
[30] <45 有 无 23 — 3.0 — 2.0 35 46 0.25 98 0.15~0.90 1.30
[40] <1 无 无 23 — 3.0 — 1.0 40 300 0 0 1.7 约 1.90
30~50 无 无 30 — 3.0 — 3.0 40 300 0 0 14.9 约 1.80
>177 无 无 60 — 3.0 — 5.0 40 600 0 0 38 约 1.70
[41] <150 是 无 46 — 6.0 — 2.0 35 92 0.25 45 24.7 —
<150 是 无 46 — 6.0 — 4.0 35 92 0.25 45 23.5 —
<150 是 无 46 — 6.0 — 8.0 35 92 0.25 45 13.8 —
<150 是 无 46 — 6.0 — 16.0 35 92 0.25 45 11.2 —
<150 是 无 46 — 6.0 — 32.0 35 92 0.25 45 6.7 —
<150 是 无 46 — 6.0 — 48.0 35 92 0.25 45 4.5 —
[42] 150 无 无 46 — 3.0 — 2.0 40 300 0.25 <10 19.6 1.15
150 无 无 46 4 3.0 — 2.0 40 300 0.25 <10 18.0 1.27
150 无 无 46 8 3.0 — 2.0 40 300 0.25 <10 16.5 1.69
150 无 无 46 12 3.0 — 2.0 40 300 0.25 <10 16.2 2.02
①每 g 石墨所用浓硫酸的体积；②加 KMnO 4 前每 g 石墨所用 H 2O 的体积；③每 g 石墨所用 KMnO 4 的质量；④每 g 石墨所用
NaNO 3 的质量；⑤每 g 石墨使用的停止氧化所用水的体积；—表示文献中无此项。

2 GO的形成机理及制备过程中的化学反应 层堆积而成，氧化剂必须首先渗透到层间 [46] 才能发
生氧化反应，因此石墨层间距、氧化剂的扩散速率
用于化学反应最常见的石墨源是鳞片石墨，它 等因素也会对石墨的氧化产生影响。
是自然矿物去杂后的纯化物 [45] 。鳞片石墨结构本身 傅玲 [47] 等通过液相氧化法系统研究了石墨用
存在的局部缺陷可作为氧化反应位点。针对 GO 结 量、低温反应时间、高锰酸钾用量、硝酸钠用量以
构和性质方面的研究取得一些进展，但鳞片石墨结构 及高温反应阶段的加水方式等工艺因素对所制备
的复杂性和其固有的缺陷使其形成机理难以捉摸 [16] 。 GO 结构的影响并对 GO 形成机理进行了初步分析，
大多数研究集中在将 C==C 键转化为 C—O 键上 [17] 。 提出硝酸钠对 GO 氧化程度的影响很小。强氧化剂
这些研究大都没有考虑石墨片的结构变化，以及氧 高锰酸钾的氧化作用对硫酸-石墨层间化合物的生
化剂扩散的影响。事实上，原石墨是由许多石墨烯 成和进一步深度氧化起着重要的作用。他们认为，