本文選題：氧化石墨烯　切入點(diǎn)：環(huán)境友好制備　出處：《清華大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：氧化石墨烯(GO)是化學(xué)轉(zhuǎn)化石墨烯的前驅(qū)體,也是被研究最多的石墨烯衍生物。本論文系統(tǒng)研究了GO的制備以及結(jié)構(gòu)控制新技術(shù),揭示了其原理。主要內(nèi)容如下:開發(fā)了不加硝酸鈉改進(jìn)的Hummers方法制備GO。去除硝酸鈉之后對(duì)GO的收率,片層尺寸和官能化程度幾乎沒有影響,但帶來(lái)如下優(yōu)點(diǎn):(1)避免了有毒氣體氮氧化物的排放;(2)簡(jiǎn)化了廢液后處理,實(shí)現(xiàn)整個(gè)反應(yīng)的環(huán)境友好化,降低了環(huán)境負(fù)擔(dān);(3)制備得到的GO及其還原氧化石墨烯(rGO)的結(jié)構(gòu)完整性更好。通過(guò)將原料325目石墨片改為尺寸更小且更均勻的1200目石墨片,在不改變反應(yīng)條件的前提下實(shí)現(xiàn)了GO的高產(chǎn)率制備。制備得到的GO1200和GO325的結(jié)構(gòu)完整性相似,但前者的產(chǎn)率(171±4%)遠(yuǎn)高于后者(110±3%)。1200目石墨片可以被完全氧化,產(chǎn)物無(wú)需離心提純;因此,降低了生產(chǎn)成本,簡(jiǎn)化了操作步驟,更適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。通過(guò)在反應(yīng)體系中添加適量水改進(jìn)的Hummers方法實(shí)現(xiàn)了組成和結(jié)構(gòu)可調(diào)GO的可控制備。在40°C反應(yīng)過(guò)程中加入一定量的水可以在保持GO結(jié)構(gòu)完整性的前提下選擇性地調(diào)控GO環(huán)氧和羥基官能團(tuán)的含量;在40°C反應(yīng)結(jié)束后繼續(xù)進(jìn)行95°C氧化反應(yīng)可以選擇性地生成更多羧基,但GO的結(jié)構(gòu)完整性較差。加水改進(jìn)的Hummers方法還可以大幅度提升低溫(0°C)制備的低結(jié)構(gòu)缺陷GO的產(chǎn)率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)加入水帶來(lái)的一系列變化進(jìn)行了機(jī)理解釋。該加水改進(jìn)的方法適用于大規(guī)模制備結(jié)構(gòu)完整性、官能團(tuán)可控的GO。通過(guò)徑跡刻蝕膜過(guò)濾對(duì)GO進(jìn)行了有效尺寸分級(jí)。此方法可以將大小不同的GO片層分級(jí)成為多個(gè)尺寸分布窄的部分,而且簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、能耗低、環(huán)境友好,并可與GO的制備集成自動(dòng)化。GO尺寸能夠影響石墨烯材料的結(jié)構(gòu)與性能。大尺寸的GO的官能團(tuán)相對(duì)更少,其制成的膜堆疊更緊密而有序,相應(yīng)的力學(xué)性能更優(yōu)。大尺寸的GO還原后制成的rGO膜具有更高的導(dǎo)電率。本方法還可應(yīng)用于其他微米級(jí)的物質(zhì)的尺寸分級(jí)。
[Abstract]:Graphene oxide (GOO) is the precursor of chemically transformed graphene and the most studied graphene derivative. In this paper, the preparation of go and the new technology of structure control were systematically studied. The main contents are as follows: a new Hummers method without sodium nitrate has been developed to prepare go. The removal of sodium nitrate has little effect on the yield, lamellar size and functionalization of go. But with the following advantages: 1) avoiding the emission of noxious nitrogen oxides 2) simplifies the reprocessing of the waste liquid and makes the whole reaction environmentally friendly. The structural integrity of go and its reductive graphene oxide (rGO3) was better by changing 325 mesh graphite sheet into a smaller and more uniform 1200 mesh graphite sheet. The high yield of go was prepared without changing the reaction conditions. The structural integrity of the prepared GO1200 and GO325 were similar, but the yield of the former was much higher than that of the latter. It reduces the production cost and simplifies the operation steps. It is more suitable for industrial scale production. The controllable preparation of go with adjustable composition and structure can be realized by adding proper amount of water to the reaction system, and a certain amount of water can be added to the reaction system to maintain go structure. On the premise of integrality, the content of go epoxy and hydroxyl functional groups was controlled selectively. Further 95 擄C oxidation after the 40 擄C reaction can selectively produce more carboxyl groups, However, the structural integrity of go is poor. The improved Hummers method with water addition can also greatly increase the yield of low structure defect go prepared at low temperature (0 擄C). The mechanism of a series of changes caused by adding water is explained by experiments. The improved method is suitable for large-scale preparation of structural integrity. The functional group controllable go. Through track etching membrane filtration, go can be classified into several parts with narrow size distribution. This method is simple, economical, low energy consumption and environment-friendly. The structure and properties of graphene materials can be affected by the automatic. Go size can be integrated with go preparation. The functional groups of large go materials are relatively less, and the stacking of the films made by go is more compact and orderly. The corresponding mechanical properties are better. The large size go reduced rGO films have higher conductivity. This method can also be applied to the size classification of other micron materials.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;石墨烯相變研究取得新進(jìn)展[J];潤(rùn)滑與密封;2009年05期

2 ;科學(xué)家首次用納米管制造出石墨烯帶[J];電子元件與材料;2009年06期

3 ;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[J];高科技與產(chǎn)業(yè)化;2009年06期

4 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

5 ;日本開發(fā)出在藍(lán)寶石底板上制備石墨烯的技術(shù)[J];硅酸鹽通報(bào);2009年04期

6 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代物理知識(shí);2009年04期

7 傅強(qiáng);包信和;;石墨烯的化學(xué)研究進(jìn)展[J];科學(xué)通報(bào);2009年18期

8 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進(jìn)展[J];電子元件與材料;2009年10期

9 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進(jìn)展[J];化學(xué)進(jìn)展;2009年12期

10 張偉娜;何偉;張新荔;;石墨烯的制備方法及其應(yīng)用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 成會(huì)明;;石墨烯的制備與應(yīng)用探索[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質(zhì)量石墨烯及其功能化[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第04分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂;;石墨烯制備技術(shù)與應(yīng)用研究的最新進(jìn)展[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第3分冊(cè)）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第7分冊(cè)）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學(xué)最新進(jìn)展研討會(huì)——暨第十屆全國(guó)顆粒制備與處理研討會(huì)論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國(guó)青年摩擦學(xué)與表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實(shí);;樹枝狀結(jié)構(gòu)功能化石墨烯[A];2011年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無(wú)機(jī)石墨烯材料:計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第4分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學(xué)修飾及尺寸效應(yīng)研究[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[N];中國(guó)化工報(bào);2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報(bào)記者 李好宇 張們捷(實(shí)習(xí)) 特約記者 李季;石墨烯未來(lái)應(yīng)用的十大猜想[N];電腦報(bào);2010年

5 證券時(shí)報(bào)記者 向南;石墨烯貴過(guò)黃金15倍 生產(chǎn)不易炒作先行[N];證券時(shí)報(bào);2010年

6 本報(bào)特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結(jié)緣諾貝爾獎(jiǎng)[N];計(jì)算機(jī)世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];泰州日?qǐng)?bào);2010年

8 本報(bào)記者 紀(jì)愛玲;石墨烯：市場(chǎng)未啟 炒作先行[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2011年

9 周科競(jìng);再說(shuō)石墨烯的是與非[N];北京商報(bào);2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應(yīng)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 羅大超;化學(xué)修飾石墨烯的分離與評(píng)價(jià)[D];北京化工大學(xué);2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學(xué);2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復(fù)機(jī)理的理論研究[D];吉林大學(xué);2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學(xué)應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2013年

6 姜麗麗;石墨烯及其復(fù)合薄膜在電極材料中的研究[D];西南交通大學(xué);2015年

7 姚成立;多級(jí)結(jié)構(gòu)石墨烯/無(wú)機(jī)非金屬?gòu)?fù)合材料的仿生合成及機(jī)理研究[D];安徽大學(xué);2015年

8 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學(xué);2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計(jì)算研究[D];武漢大學(xué);2014年

10 王義;石墨烯的模板導(dǎo)向制備及在電化學(xué)儲(chǔ)能和腫瘤靶向診療方面的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動(dòng)力學(xué)模擬研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)及其對(duì)電化學(xué)性能的影響[D];北京化工大學(xué);2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學(xué);2011年

4 蔡宇凱;一種新型結(jié)構(gòu)的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學(xué)效應(yīng)研究[D];蘇州大學(xué);2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應(yīng)的研究[D];華南理工大學(xué);2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動(dòng)分析[D];南京航空航天大學(xué);2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學(xué);2012年

9 于金海;石墨烯的非共價(jià)功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學(xué);2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：1559117