基于温度的亚稳态氧化石墨烯性能

摘要

单片层氧化石墨烯由于其优异的物理化学性能,在离子和分子筛选、水脱盐和净化、气体分离、生物传感、质子导体、锂电池和超级电容等领域有巨大的潜在应用.然而普遍采用的Hummers法等化学、物理方法制备的氧化石墨烯是一种亚稳态材料.其最终形态的物理化学性能的转变与调控至关重要,亟需系统研究.本文采用恒温处理方法对氧化石墨烯亚稳态的转变进行调控,利用X射线光电子吸收谱、傅里叶红外吸收谱、扫描电子显微镜等方法检测氧化石墨烯含氧基团的含量、类型和形貌与温度的变化关系,并利用Zeta电位、紫外吸收谱、拉力测试分析温度对氧化石墨烯在转变过程中的溶液悬浮稳定性、光子能带、拉伸强度等性能的影响.所得定量测试结果发现,氧化石墨烯亚稳态的转变过程中存在环氧减少、羟基增加,以及整体含氧量下降的现象,而在此过程中氧化石墨烯的单片层形貌并无明显变化.但是这种结构的转变使得悬浮液黏稠度和亲水性大幅度增强,能带减小和拉伸强度增强效应明显.而当转变过程足够长时,氧化石墨烯的亲水性转而下降,并出现沉淀现象,表明羟基之间进一步发生了脱水转变.另外,本文还分析了恒温处理的时间、悬浮液的浓度对这种转变过程的影响.相关研究结果有利于理解亚稳态氧化石墨烯悬浮液随温度变化的性能转变,对氧化石墨烯具体应用有一定参考价值.