雙氧水處理石墨烯

A. 怎麼將石墨烯氧化成氧化石墨烯

1、Hummers 法
具體的工藝流程：
在冰水浴中裝配好250 mL 的反應瓶加入適量的濃硫酸攪拌下加入2 g 石墨粉和1 g 硝酸鈉的固體混合物；
再分次加入6 g 高錳酸鉀控制反應溫度不超過20℃攪拌反應一段時間然後升溫到35℃左右繼續攪拌30 min再緩慢加入一定量的去離子水續拌20 min 後並加入適量雙氧水還原殘留的氧化劑使溶液變為亮黃色。
趁熱過濾並用5%HCl 溶液和去離子水洗滌直到濾液中無硫酸根被檢測到為止。最後將濾餅置於60℃的真空乾燥箱中充分乾燥保存備用。
2、Hummers方法
具體的工藝流程：
在冰水浴中裝配好250 mL的反應瓶，加入適量的濃硫酸，磁力攪拌下加入2 g 石墨粉和1 g硝酸鈉的固體混合物，再緩慢加入6 g高錳酸鉀，控制反應溫度不超過10 ℃，在冰浴條件下攪拌2 h後取出，在室溫下攪拌反應5 d。
將樣品用5 %的H2SO4（質量分數）溶液進行稀釋，攪拌2 h後，加入6 mL H2O2，溶液變成亮黃色，攪拌反應2 h離心。然後用濃度適當的H2SO4、H2O2混合溶液以及HCl反復洗滌；
最後用蒸餾水洗滌幾次，使其pH~7，得到的黃褐色沉澱即為氧化石墨(GO)。將樣品在40 ℃的真空乾燥箱中充分乾燥。
獲得的氧化石墨入去離子水中，60 W功率超聲約3 h，沉澱過夜，取上層液離心清洗後放入烘箱內40 ℃乾燥，即得片層較薄的氧化石墨烯。

B. 石墨烯是怎麼提煉的

石墨烯分為石墨烯粉體和石墨烯薄膜兩大類。常見的石墨粉體生產的方法為機械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法。石墨烯薄膜生產方法為化學氣相沉積法（CVD）。

1、機械剝離法

機械剝離法是利用物體與石墨烯之間的摩擦和相對運動，得到石墨烯薄層材料的方法。這種方法操作簡單，得到的石墨烯通常保持著完整的晶體結構

2、氧化還原法

氧化還原法是通過使用硫酸、硝酸等化學試劑及高猛酸鉀、雙氧水等氧化劑將天然石墨氧化，增大石墨層之間的間距，在石墨層與層之間插入氧化物，製得氧化石墨。然後將反應物進行水洗，並對洗凈後的固體進行低溫乾燥，製得氧化石墨。通過物理剝離、高溫膨脹等方法對氧化石墨粉體進行剝離，製得氧化石墨烯。

最後通過化學法將氧化石墨烯還原，得到石墨烯。這種方法操作簡單，產量高，但是產品質量較低 。氧化還原法使用硫酸、硝酸等強酸，以及使用大量的水進行清洗，帶大較大的環境污染。

3、SiC外延法

SiC外延法是通過在超高真空的高溫環境下，使硅原子升華脫離材料，剩下的C原子通過自組形式重構，從而得到基於SiC襯底的石墨烯。這種方法可以獲得高質量的石墨烯，但是這種方法對設備要求較高。

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石墨烯的應用：

1、感測器

石墨烯可以做成化學感測器，這個過程主要是通過石墨烯的表面吸附性能來完成的，根據部分學者的研究可知，石墨烯化學探測器的靈敏度可以與單分子檢測的極限相比擬。 石墨烯獨特的二維結構使它對周圍的環境非常敏感。

石墨烯是電化學生物感測器的理想材料，石墨烯製成的感測器在醫學上檢測多巴胺、葡萄糖等具有良好的靈敏性。

2、晶體管

石墨烯可以用來製作晶體管，由於石墨烯結構的高度穩定性，這種晶體管在接近單個原子的尺度上依然能穩定地工作。相比之下，目前以硅為材料的晶體管在10納米左右的尺度上就會失去穩定性；石墨烯中電子對外場的反應速度超快這一特點，又使得由它製成的晶體管可以達到極高的工作頻率。

例如IBM公司在2010年2月就已宣布將石墨烯晶體管的工作頻率提高到了100GHz，超過同等尺度的硅晶體管。

3、柔性顯示屏

消費電子展上可彎曲屏幕備受矚目，成為未來移動設備顯示屏的發展趨勢。柔性顯示未來市場廣闊，作為基礎材料的石墨烯前景也被看好。韓國研究人員首次製造出了又多層石墨烯和玻璃纖維聚酯片基底組成的柔性透明顯示屏。

韓國三星公司和成均館大學的研究人員在一個63厘米寬的柔性透明玻璃纖維聚酯板上，製造出了一塊電視機大小的純石墨烯。他們表示，這是迄今為止「塊頭」最大的石墨烯塊。隨後，他們用該石墨烯塊製造出了一塊柔性觸摸屏。研究人員表示，從理論上來講，人們可以捲起智能手機，然後像鉛筆一樣將其別在而後。

C. 用氧化還原制備石墨烯的各種原料的意義

濃硫酸：強質子酸，進入石墨層間。高錳酸鉀：強氧化劑氧化，生成氧化石墨（GO）經過超聲剝離得到氧化石墨烯。水合肼：還原劑，出去氧化石墨烯表面的含氧官能團，得到石墨烯。硝酸鈉：在強酸環境下，硝酸根具有強氧化性。雙氧水：除去氧化中多餘的高錳酸鉀，氧化成2價錳離子除去。稀鹽酸：洗去其中的金屬離子，硫酸根離子，氯化鋇：檢測其中的硫酸根離子。

D. 石墨烯的用途是什麼

石墨烯的主要用途有：

1、感測器

石墨烯是電化學生物感測器的理想材料，可以利用其表面吸附性能做成化學感測器。由石墨烯製成的感測器在醫學上檢測多巴胺、葡萄糖等具有良好的靈敏性。

2、晶體管

可以石墨烯結構的高度穩定性製作晶體管，種晶體管在接近單個原子的尺度上依然能穩定地工作。

3、新能源電池

利用石墨烯製作出的超級電池，解決了新能源汽車電池的容量不足以及充電時間長的問題，極大加速了新能源電池產業的發展。

4、海水淡化

利用機械手段壓縮石墨烯薄膜中的毛細通道尺寸，控制孔徑大小，能高效過濾海水中的鹽分。

5、復合材料

由石墨烯製成的多功能聚合物復合材料以及高強度多孔陶瓷材料，增強了復合材料的許多特殊性能。

石墨烯的常見制備方法：

1、氧化還原法

通過使用硫酸，硝酸等化學試劑及在高錳酸鉀，雙氧水等氧化劑環境下將天然石墨氧化，增大石墨層之間的間距，在石墨層與層之間插入氧化物，製得氧化石墨。接著將氧化石墨水洗，並對洗凈後的固體進行低溫乾燥操作，製得氧化石墨粉體。

接著通過物理剝離，高溫膨脹等方法對氧化石墨粉體進行剝離操作，製得氧化石墨烯。最後通過化學法將氧化石墨烯還原，製得石墨烯。

2、機械剝離法

利用物體與石墨烯之間的摩擦和相對運動，即可得到石墨烯薄層材料。這種方法操作簡單，並且得到的石墨烯通常保持著其完整的晶體結構。

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