氧化石墨烯薄膜的光电化学性质
石墨烯材料的电化学性能研究
石墨烯材料的电化学性能研究石墨烯作为一种新型的二维材料，具有独特的结构和性能，引起了广泛的研究兴趣。
在过去的几年里，科学家们对石墨烯材料的电化学性能进行了深入地研究，并取得了一系列重要的发现和突破。
本文将就石墨烯材料的电化学性能进行探讨，以期加深我们对石墨烯材料的认识。
首先，石墨烯材料具有优异的导电性能。
由于石墨烯只由一个碳原子层组成，因此它具有极高的电子迁移率和导电性。
研究表明，石墨烯的电子迁移率可以达到几千cm²/Vs，是传统的硅材料的数百倍以上。
这使得石墨烯成为一种极具潜力的导电材料，在电子器件和能源存储领域具有广阔的应用前景。
其次，石墨烯还具有良好的电催化活性。
石墨烯的独特结构和电子性质使其具有优异的催化性能，可以用于电催化反应。
研究表明，石墨烯可以作为电催化剂来催化氧还原反应、氢还原反应和氧气还原反应等重要的电化学反应。
这些电化学反应在能源转换和储存等方面具有重要的应用价值。
石墨烯材料的优异电催化活性使其成为一种理想的电催化剂，有望推动电化学领域的发展。
此外，石墨烯还展示出出色的超级电容性能。
超级电容器是一种能够实现高密度能量储存和高速充放电的电化学能量储存装置。
石墨烯作为超级电容器电极材料具有独特的优势。
研究表明，石墨烯电极具有高比电容和良好的循环稳定性。
这主要归功于石墨烯的大比表面积、极高的电导率和优异的化学稳定性。
因此，石墨烯在超级电容器领域具有广阔的应用前景。
另外，石墨烯还可以用于柔性电子器件。
柔性电子器件是一类可以与可弯曲、可拉伸等形变特性相适应的电子器件。
石墨烯由于其高柔韧性和柔性的基底材料特性，使得它成为一种理想的柔性电子器件材料。
研究表明，石墨烯可以用于制备柔性传感器、柔性显示器和柔性光电器件等。
这些柔性电子器件具有广泛的应用前景，可以应用于生物医学、智能穿戴设备和可穿戴电子等领域。
最后，尽管石墨烯材料的电化学性能已经有了很多突破和进展，但仍然存在一些挑战和问题。
氧化石墨烯的标准电位
氧化石墨烯的标准电位氧化石墨烯是一种具有广泛应用前景的新型二维材料，其在能源存储、传感器、催化剂等领域具有重要的应用价值。
而氧化石墨烯的标准电位则是评价其在电化学反应中的重要参数，对于深入了解其电化学性质和应用具有重要意义。
首先，氧化石墨烯的标准电位是指在标准状态下，氧化石墨烯与标准氢电极之间的电势差。
通常情况下，我们用E表示标准电位，其单位为伏特（V）。
标准电位的大小可以反映出氧化石墨烯在电化学反应中的活性和稳定性，是评价其电化学性能的重要参数之一。
其次，氧化石墨烯的标准电位与其氧化还原反应有着密切的关系。
在氧化石墨烯的电化学反应中，氧化还原反应是其重要的电化学过程。
当氧化石墨烯发生氧化还原反应时，其表面会发生电子转移，从而产生电势差。
而氧化石墨烯的标准电位则是描述其在氧化还原反应中电势变化的重要参数，能够反映出其在电化学反应中的活性和稳定性。
另外，氧化石墨烯的标准电位还与其结构和性质密切相关。
氧化石墨烯作为一种二维材料，具有独特的结构和性质，其表面含有丰富的官能团和缺陷位点，这些结构和性质对其在电化学反应中的表现起着重要的影响。
因此，氧化石墨烯的标准电位可以反映出其特有的结构和性质对其电化学性能的影响，对于深入了解其电化学性质具有重要的意义。
综上所述，氧化石墨烯的标准电位是评价其电化学性能的重要参数，与其氧化还原反应、结构和性质密切相关。
深入研究氧化石墨烯的标准电位，能够帮助我们更好地理解其在电化学反应中的行为，为其在能源存储、传感器、催化剂等领域的应用提供重要的参考依据。
在未来的研究中，我们还需要进一步探索氧化石墨烯的电化学性质，提高其在电化学领域的应用性能，推动其在各个领域的广泛应用。
石墨烯材料的物理与化学性质的研究进展
石墨烯材料的物理与化学性质的研究进展石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有极高的强度、导电性和导热性，并且具有非凡的物理和化学性质。
自2004年以来，石墨烯的相关研究一直是材料科学领域中最具活力和发展潜力的研究之一。
本文将就石墨烯材料的物理与化学性质的研究进展进行探讨。
一、石墨烯的物理性质1.导电性石墨烯具有出色的导电性，是迄今为止最佳的导电材料之一。
由于本构结构的特殊性质，石墨烯具有强大的电子传输能力，使其能够实现高速电子传输，并在电子器件中发挥重要作用。
2.强度和刚度石墨烯是一种具有极高强度和刚度的材料。
其平均强度是钢铁的200倍，因此具有非常高的抗压和抗拉能力。
这些特性使它成为未来材料发展领域的热点之一。
3.热导率石墨烯具有极高的热导率，是钻石的几倍，挑战了经典Fourier热传导定律，该定律无法解释石墨烯非常显著的热导率。
这使得石墨烯成为热传导性能研究的热点对象。
二、石墨烯的化学性质1.化学反应性石墨烯在氧化、硝化、氢化等化学反应中表现出良好的反应性。
例如，氧化后的石墨烯可以制成石墨烯氧化物，具有比石墨烯更好的导电性和导热性，并有望在透明导电膜、电存储器以及生物传感器等领域得到广泛应用。
2.表面功能化石墨烯表面的化学修饰可以改变其表面特性，如润湿性、分散性和反应活性，增强其化学可用性。
例如，将石墨烯表面修饰为羟基、胺基、硫基等功能化基团后，能够制备出更优异的光催化材料，并在光催化分解有机污染物等方面有着广泛应用。
三、石墨烯的应用前景1.电子器件由于石墨烯具有卓越的导电性能，所以它被广泛应用于电子器件领域。
例如，石墨烯晶体管、柔性电子器件、透明导电膜等都是石墨烯电子器件的典型应用之一。
2.能源材料石墨烯在能源材料领域的应用十分广泛，如锂离子电池、超级电容器、电催化等。
例如，石墨烯锂离子电池的电极材料可以大大提高电池的能量密度和循环性能，在电动车、移动设备等方面得到广泛应用。
3.光电材料石墨烯在光电材料领域的应用也越来越受到关注，如光催化材料、透明导电膜、光电探测器等。
氧化石墨烯激发波长-概述说明以及解释
氧化石墨烯激发波长-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，具有优异的导电性、热导性和机械性能。
然而，纯石墨烯的应用受到其零带隙的限制，限制了其在电子学和光学领域的应用。
为了解决这个问题，科学家们发展出了氧化石墨烯这一材料。
氧化石墨烯是通过在石墨烯表面引入氧原子而制备的。
这一过程引入了羟基（-OH）、醛基（-O）和羧基（-COOH）等含氧官能团。
这些官能团的引入为氧化石墨烯提供了一系列新的特性和应用潜力。
氧化石墨烯具有较高的带隙，使其在电子学器件中具有更好的开关特性和较低的漏电流。
与纯石墨烯相比，氧化石墨烯还具有较高的化学反应活性，可通过与其他化合物发生反应形成复合材料，进一步增加了其在多个领域的应用。
激发波长是指材料在光照射下吸收光的波长范围。
对于氧化石墨烯来说，其激发波长是一个重要的参数，可以影响其光电特性以及在光电子学、光催化等方面的应用。
在本文中，将对氧化石墨烯激发波长的影响因素进行分析和探讨。
通过研究和实验结果的总结，我们可以更深入地理解氧化石墨烯激发波长的特点和变化规律，并为进一步的研究提供有价值的参考。
接下来的章节将对氧化石墨烯的特性以及影响其激发波长的因素进行详细介绍。
最后，我们将总结已有的研究结果，并展望未来在氧化石墨烯激发波长方面的研究方向。
这将有助于我们更好地利用氧化石墨烯的特性，推动其在光学和电子学领域的应用。
文章结构部分的内容可以是：1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将对研究主题进行概述，介绍氧化石墨烯激发波长的背景和相关研究现状。
同时，会明确文章的目的，即对氧化石墨烯激发波长的影响因素进行探究。
正文部分将详细介绍氧化石墨烯的特性，包括其结构、电子能级和光学特性等。
接着，会深入探讨激发波长的影响因素，如石墨烯的尺寸、氧化程度、掺杂等。
会通过实验证明这些因素对激发波长的影响程度，并进一步分析其中的机理。
结论部分将总结氧化石墨烯激发波长的研究结果，并提出对未来研究方向的展望。
石墨烯的氧化还原电位
石墨烯的氧化还原电位1. 引言石墨烯是一种由碳原子形成的二维蜂窝结构材料，具有出色的导电性、导热性和机械强度。
由于其独特的结构和性质，石墨烯在能源存储、传感器、催化剂等领域具有广泛应用前景。
在这些应用中，了解石墨烯的氧化还原电位对于设计和优化相关器件至关重要。
本文将探讨石墨烯的氧化还原电位及其影响因素，并介绍常见的测量方法和应用。
2. 石墨烯的氧化还原电位2.1 氧化还原反应氧化还原反应是指物质在失去或获得电子时发生的化学反应。
在这些反应中，物质被氧化剂接受或失去电子，并同时被还原剂给予或获得电子。
氧化还原反应可以通过测量物质的氧化还原电位来描述。
2.2 石墨烯的氧化还原电位石墨烯作为一种纳米材料，具有很高的比表面积和活性位点，因此表现出较高的氧化还原电位。
石墨烯的氧化还原电位取决于其表面上存在的官能团和杂质。
石墨烯可以通过氧化和还原反应来改变其电荷状态。
当石墨烯发生氧化反应时，它会失去电子并形成正离子态；而在还原反应中，它会获得电子并形成负离子态。
这些电荷状态的改变会导致石墨烯在不同电位下的物理和化学性质发生变化。
2.3 影响因素石墨烯的氧化还原电位受多种因素影响，包括pH值、溶液中存在的其他离子、温度等。
2.3.1 pH值pH值是指溶液中氢离子（H+）浓度的负对数。
当溶液为酸性时，其pH值低于7；当溶液为碱性时，其pH值高于7；而在中性条件下，溶液的pH值为7。
由于石墨烯表面上存在大量官能团（如羟基、羰基等），这些官能团的质子化和去质子化反应会影响石墨烯的氧化还原电位。
在酸性条件下，石墨烯表面上的官能团会质子化，导致其氧化还原电位降低；而在碱性条件下，官能团会去质子化，使得石墨烯的氧化还原电位升高。
2.3.2 溶液中存在的其他离子溶液中存在的其他离子也会对石墨烯的氧化还原电位产生影响。
这些离子可以与石墨烯发生相互作用，改变其表面电荷分布和活性位点密度。
例如，阳离子（如铵离子）可以吸附在石墨烯表面上，并增加其氧化还原电位；而阴离子（如硝酸根离子）则可以与阳离子竞争吸附位置，减小其影响。
氧化石墨烯性质及其应用前景
氧化⽯墨烯性质及其应⽤前景（⼀）概述氧化⽯墨烯是⼀种层状的⽯墨氧化物,可以通过超声波处理或机械搅拌将⽯墨氧化成层状得到⽯墨烯基材料丰富的功能性来源于其晶格结构和表⾯富含的各种含氧基团,表⾯官能团提供了丰富并且有效的活性点位此外,氧化⽯墨烯拥有可调节的电⼦属性通常情况下,由于⼤量的sp3杂化碳原⼦与含氧基团结合在⼀起产⽣绝缘层,这使得单⽚电阻可以达到1012Ωsq-1或者更⾼然⽽在还原反应后,还原氧化⽯墨烯的单⽚电阻可以降低数个数量级,使得原有材料转换成半导体,甚⾄变成类似⽯墨烯的半导体材料除此之外,氧化⽯墨烯还表现了出⾊的光学和机械性能,在各个领域⼴泛应⽤通过改变氧化⽯墨烯薄膜厚度和氧化⽯墨烯的还原程度来调节它的光透射率⼀般来说,悬浮在⽔中的氧化⽯墨烯薄膜由于浓度不同呈现为暗棕⾊到亮黄⾊的状态,⽽还原氧化⽯墨烯薄膜(厚度⼩于30nm)是半透明的氧化⽯墨烯的光学吸收主要由π-π转换控制,它通常会在225—275nm(4.5-5.5eV)之间产⽣吸收峰值在还原过程中,当吸收峰向27Onm移动时,π电⼦密度和结构顺序的增加,导致其光吸收强度增加通常,氧化⽯墨烯的机械性能由氧化的程度和厚度等细节决定尽管氧化⽯墨烯的特性丰富,但在实际应⽤中仍然存在⼀些不⾜之处结构缺陷分散性差和多层厚度会影响其电⽓性能和⽐表⾯积⼤⼩常⽤氧化⽯墨烯的绝缘特性也限制了它在电⼦设备和能量存储中的应⽤但是,氧化⽯墨烯本⾝表⾯上含氧官能团可以通过对其进⾏化学修饰或功能优化来⼤幅度增加它的结构和化学多样性因此,在能量存储转换和环境保护的应⽤领域中,氧化⽯墨烯及其复合材料具有⼀很⼤的潜⼒（⼆）能量转换与储存1、光解⽔产氢在未来,氢能源被认为是⼀种清洁的可再⽣能源氢⽓的⽣产和储存对于氢⽓的利⽤⾄关重要在可见光照射下的半导体光催化剂进⾏⽔分解是⼀种具有潜⼒的获取氢能源的⽅式在实际应⽤中,这种技术具有⽆法利⽤可见光,能量补偿不合理,和反应接触⾯积⼩等缺点由于优越的电⼦移动性,⾼⽐表⾯积,可调节的电⼦能带结构,氧化⽯墨烯基复合材料已经被开发成为了光解⽔的⾼效催化剂研究表明,在汞光照射下,即使没有Pt催化剂,氧化⽯墨烯在2.4—4.3eV能带下仍然具有光解产氢的催化活性由于氧化⽯墨烯⽚状材料拥有更⾼的氧化能⼒,较⼤的能带和对于光吸收的限制,氧化⽯墨烯更有利于帮助达到光分解⽔产氢的⽬的2、储氢⽬前,氢能源储存⽅式可以分为化学储存和物理储存化学存储的氢化物虽然通常具有较⾼的氢含量,但其氢释放性能不理想物理存储由于受到H2分⼦弱吸附性能的影响,导致存储能⼒普遍较低,并且物理存储要求其存储设备条件较⾼,在满⾜较⼤的表⾯积同时重量要轻物理储氢在原⼆维⽯墨烯纳⽶薄⽚上,H2分⼦的弱吸附能(只有1.2kJmol)通常会导致⾮常低的储氢能⼒(<2wt%)然⽽在⼤⽓压⼒下,层状氧化⽯墨烯材料可以⾼达4wt%的⾼储氢能⼒,并且可以通过调整层间距和孔隙⼤⼩来提⾼储氢容量氧化⽯墨烯表⾯官能团与其他活性物种进⼀步合成可以提⾼H2的结合能,在克服⾦属聚集的缺点下,掺杂⾦属(特别是过渡⾦属)对氧化⽯墨烯进⾏改性是提⾼H2结合能和储存能⼒的⼀种有效⽅法氧化⽯墨烯基的复合材料特别是3D柱状多孔材料表现出了良好的氢⽓储存性能和能源应⽤潜⼒化学储氢⽔合物储氢的⽅式的主要缺点在于氢能释放时的温度过低由于氧化⽯墨烯的⾼⽐表⾯积和较强的化学稳定性,可以作为载体来分散和稳定⾦属纳⽶颗粒⽤于催化和分离H2分⼦由氧化⽯墨烯作载体的贵⾦属催化剂如Pt-CeO2/GO具有稳定活性中⼼的协同效应并且增加了催化剂的催化活性3、锂电池为满⾜⽇益增长的便携式电⼦产品和电动汽车的需求,锂电池为未来的能源储存和利⽤提供了⼀种新的⽅式氧化⽯墨烯表⾯的官能团可以作为化学改性优化的活性位点,从⽽使不同的活性物种形成并提供多元电极材料结构作为普遍使⽤可充电电池,传统电极材料的锂离⼦电池具有理论容量限制的缺点,⽽氧化⽯墨烯基复合材料⽆论作为阳极和阴极材料都表现出了优越的电化学性能在纯氧化物或硫氧化物的情况下,将还原氧化⽯墨烯加⼊⾦属氧化物或硫醚可以显著提⾼电池的性能氧化⽯墨烯可以作为保护涂层,在锂电池使⽤中抑制铝电流收集器的腐蚀（三）环境保护1、处理有害⽓体⼯业释放的温室⽓体和有毒⽓体是对环境的最⼤威胁之⼀原则上,去除空⽓污染物可分为三种途径: (1)减少⽓体排放,(2)⽓体收集和储存,(3)最终利⽤氧化⽯墨烯表⾯的含氧官能团使其能够与各种分⼦进⾏共价和⾮共价的相互作⽤在⼯业加⼯过程中,氧化⽯墨烯独特的电⼦结构也为处理有害⽓体提供了有效的催化剂因此,氧化⽯墨烯基复合材料是⽤于处理COCO2NH3和氮氧化物等有害⽓体的潜⼒材料吸附⼆氧化碳薄层氧化⽯墨烯在⽔分⼦环境下具有良好的吸附性能分⼦动⼒学模拟表明,氧化⽯墨烯的官能团能够增强对⼆氧化碳的吸附能⼒⽔的存在有助于保持⼆氧化碳和氧化⽯墨烯结构的整合状态,并通过⼆氧化碳和附在氧化⽯墨烯表⾯上的含氧基团之间的排斥⼒作⽤来影响⼆氧化碳的迁移程度除氨除温室⽓体外,氧化⽯墨烯基复合材料具有良好的氨吸附能⼒在氧化⽯墨烯中加⼊含氧基团和活性物质,如磺酸基聚氧化合物氧化锰等在⽔环境下可以提升其氨的吸附能⼒此外,第⼀性原理计算表明,不同的活性位点能有效地促进氨和氧化⽯墨烯之间的电荷转移去除其他有害⽓体其他有害⽓体如甲醛丙酮硫化氢⼆氧化硫⼀氧化碳氮氧化物,也可以通过氧化⽯墨烯基复合材料有效地去除第⼀性原理计算结果表明,羟基和羰基基团以及附近的碳原⼦与氮氧化物的分⼦种类可以产⽣强烈的相互作⽤从⽽进⾏化学吸附化学催化转化除收集有害⽓体外,氧化⽯墨烯复合材料也可应⽤于空⽓污染物转化为⼀些有⽤的能源资源⽅⾯四丁基溴化铵作为助催剂可以将⼆氧化碳转化为环氧丙烷,⽽氧化⽯墨烯-四丁基溴化铵复合材料催化剂在相对温和的条件下可以产⽣96%的碳酸丙烯酯。
石墨烯光电特性的研究及其应用
石墨烯光电特性的研究及其应用石墨烯是指由碳原子构成的一层薄薄的二维结构材料。
它具有高强度、高导电性、高导热性、透明、柔韧和轻薄等特性，被认为是一种非常有前途的材料。
近年来，石墨烯的光学性质备受研究者关注。
石墨烯具有的光电特性石墨烯具有独特的光电特性。
它的带隙很小，因此在可见光或红外光照射下会产生很强的电子激发。
此外，在外加电场作用下，石墨烯中的电子会形成一种“万有电磁波谐波”，从而呈现出吸收、透射、反射和产生光谱等特性。
基于这些特性，石墨烯在光电领域有广泛的应用前景，例如：1. 光电转换器件。
由于石墨烯的高导电性和透明性，可以用来制备新型的太阳能电池。
研究表明，石墨烯在太阳光照射下具有高达97.7%的光吸收率，因此可以制备高效的光电转换器件。
2. 传感器。
石墨烯可以做成灵敏度高、响应速度快的光电传感器，用来检测光信号、化学分子和生物分子等。
3. 光电显示器件。
石墨烯可以制备出高亮度、高对比度、响应速度快的光电显示器件。
由于石墨烯本身具有透明性，因此可以制备透明电子显示器件。
4. 激光器件。
石墨烯可以作为激光器的增益介质，利用其强烈的非线性饱和吸收效应制备新型的激光器件。
石墨烯光电性质的研究石墨烯的光电性质是一个广泛和重要的研究领域。
研究者们通过实验和计算模拟等手段，探索石墨烯在不同光照强度、波长、偏振方向和温度下的光学性质，以及与其他材料的相互作用等问题。
例如，研究人员发现，在可见光和近红外光照射下，石墨烯的反射率只有0.23%，因此可以制备高效的光电转换器件。
此外，他们还发现，石墨烯的光学性质会受到外界环境的影响，例如与金属纳米粒子相互作用会改变其光学吸收特性；与其他二维材料垂直层叠可以产生新的光学性质等。
总之，石墨烯的光电性质研究是一个充满挑战和机遇的领域。
研究者们将继续深入探索石墨烯的光学性质，以期将其应用于更广泛的光电设备和应用领域。
氧化石墨烯缩写
氧化石墨烯缩写
OG是氧化石墨烯的缩写，它是一种新型的二维材料，具有许多优异的物理和化学性质。
OG的制备方法主要有化学氧化法和热氧化法两种。
化学氧化法是将石墨烯与强氧化剂如硝酸、高锰酸钾等反应，使其表面发生氧化反应，形成OG。
这种方法制备的OG具有较高的氧含量和较好的分散性，但其结构和性质容易受到氧化程度的影响。
热氧化法是将石墨烯在高温下与氧气反应，形成OG。
这种方法制备的OG具有较低的氧含量和较好的结晶性，但其分散性较差。
OG具有许多优异的性质，如较高的化学稳定性、较好的导电性和光学性能等。
这些性质使得OG在许多领域具有广泛的应用前景。
在能源领域，OG可以作为电极材料用于锂离子电池和超级电容器中，具有较高的电化学性能和循环稳定性。
在催化领域，OG可以作为催化剂用于有机合成反应中，具有较高的催化活性和选择性。
在生物医学领域，OG可以作为药物载体用于药物传递和治疗，具有较好的生物相容性和药物释放性能。
OG作为一种新型的二维材料，具有许多优异的物理和化学性质，具有广泛的应用前景。
随着制备方法的不断改进和研究的深入，OG 的应用前景将会更加广阔。
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2011年第69卷化学学报V ol. 69, 2011第21期, 2539～2542 ACTA CHIMICA SINICA No. 21, 2539～2542* E-mail: kzwang@Received April 2, 2011; revised May 25, 2011; accepted June 3, 2011.国家自然科学基金(Nos. 90922004, 20971016)、中央高校基本科研业务费专项资金、北京市大学生科学研究与创业行动计划和北京师范大学分析测试2540化学学报V ol. 69, 2011器有限责任公司); 冷场发射扫描电镜(S-4800 日立高新技术株式会社); FZ-A型辐照计(北京师范大学光电仪器厂); KQ-50B型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司); 采用三电极系统, 覆盖有自组装膜的氧化铟-氧化硒(ITO)玻璃为工作电极, 铂片为对电极, 饱和甘汞电极为参比电极, 0.1 mol•L－1的Na2SO4溶液为支持电解质; 配有红外和紫外截止滤光片的500 W高压氙灯光源系统(北京畅拓科技有限公司). 试剂均为分析纯.1.2 GO及其静电自组装薄膜的制备在傅玲等[9]将Hummers法制备氧化石墨分为低温、中温、高温反应三个阶段的基础上, 延长中温反应时间至8 h; 充分超声剥离后, 通过脱脂棉抽滤和渗析的方法除去少量沉淀和杂质离子, 得到均一稳定的GO水溶胶, 放置7个月后无沉淀. GO的静电自组装薄膜的制备: 将按文献[10]报道的方法清洗和表面硅烷化的石英和ITO导电玻璃放入pH 3的HCl溶液中质子化处理, 使基片表面带有正电荷. 然后此基片浸入GO溶液中(1 mg•mL－1) 10 min, 取出并用去离子水清洗, 空气吹干.1.3 光电化学性质所有光电化学研究均以GO膜修饰的电极为工作电极, 其有效光照面积为0.28 cm2. 光电流的测量在电化学工作站上进行, 入射光的强度用辐照计测定. 不同波长的入射光是在氙灯光路上加具有所需带宽的滤光片得到.2 结果与讨论2.1 紫外-可见吸收光谱图1为GO水溶液(a)和石英基片上单层薄膜(b)的紫外-可见光谱图的对比. GO在231 nm处有1个C—C键上的π-π*跃迁吸收峰, 在298 nm处有1个C＝O键上的n-π* 跃迁肩峰[11], 这与在石英片上单层薄膜在30 nm 处的吸收峰吻合, 表明GO已成功组装到基片上. 处理后的基片浸泡在1 mg•mL－1 GO溶液, 利用紫外-可见光谱对浸泡时间进行了监测(图2). 结果表明: 当在GO水溶液的浸泡时间达10 min时, 吸光度基本达最大值. 2.2 冷场发射扫描电镜我们制备的GO水溶液具有明显的丁达尔效应, 与文献[12]报道的结果吻合. GO水溶液在铝箔上流沿. 待液体干燥后, 剪取部分于样品台上经磁控溅射镀膜(喷金)处理后, 用冷场发射扫描电镜研究其形貌(图 3). 氧化石墨因超声剥离, 脱落成许多大小为几十纳米的片状GO. 这与氧化石墨烯是一种二维结构材料及其水溶液具有明显的丁达尔效应吻合. 图1 (a) GO水溶液和(b)石英片上GO薄膜的紫外-可见光谱Figure 1 UV-Vis spectra of (a) GO aqueous solution and (b)GO film on quartz substrate图2基片在230 nm处的吸光度随其在GO溶胶中浸泡不同时间的变化图Figure 2Changes in absorbance at 230 nm of protonated quartzsubstrate at varied immersion time in GO aqueous solution图3GO冷场发射扫描电镜图Figure 3 Cold-field emission scanning electron microscope image of GO2.3 GO修饰的ITO电极的光电响应在0.1 mol•L－1的Na2SO4溶液中, 当用100 mW/cm2的白光照射GO膜修饰的ITO电极时, 所得光电流随偏No. 21王纪学等：氧化石墨烯薄膜的光电化学性质2541压(－0.4～0.4 V)变化示于图4. 当加上正偏压时, 光电流变化很小; 当偏压越负时, 光电流越大. 说明所加偏压方向与光电流的方向一致, 光生电子是由ITO 片传输到薄膜, 然后传输到电解液中, 产生阴极光电流.图4 100 mW/cm 2的光照下裸露ITO 电极(a)和覆盖有单层GO 的ITO 电极(b)在不同偏压下的光电流密度Figure 4 Changes in photocurrent densities of bare ITO (a) and single-layer GO film-covered ITO with varied bias voltages un-der white light irradiation at 100 mW/cm 2图5为偏压－0.4 V 时的i -t 关系图, 可以看出: 光照的同时, 有光电流迅速生成, 光电流密度达 3.72 µA/cm 2; 而挡光时, 光电流迅速下降并趋于饱合. 经过多次开关, 光电响应信号几乎无明显的衰减.图5 100 mW/cm 2的光照下裸露GO 单层膜的ITO 电极在偏压－0.4 V 时的光电流-光照时间关系图Figure 5 A plot of photocurrents vs. light irradiation time for single-layer GO film on ITO biased at −0.4 V vs. SCESupporting electrolyte: 0.1 mol•L －1 Na 2SO 4. Applied potential ＝Area of theelectrode ≈0.28 cm 2. Light intensity ＝100 mW/cm2在相同的测定条件下, 改用不同波长的单色入射光(400～750 nm)照射GO 薄膜修饰的ITO 电极, 测定了光电流密度的大小. 由波长为λ、光强为P inc 的单色光照射膜电极产生的光电流密度I , 按公式(1)[13,14]计算出薄膜入射的单色光光电转化效率IPCE %, IPCE %对λ作图得光电流工作谱(图6). 光电流工作谱与GO 单层膜在ITO 基片上的可见吸收光谱相吻合, 表明薄膜修饰的ITO 电极上的光电响应来自GO.22inc 1240 (µA/cm )IPCE%(nm) (W/m )I P λ＝(1)图6 GO 薄膜的光电流工作谱Figure 6 Photocurrent action spectrum of GO film2.4 外加因素对光电响应的影响为进一步验证电子传递机理, 我们研究了在体系中引入氧气或氮气、氢醌、抗坏血酸这些电子给体和受体对光电流产生的影响. 当向电解质溶液中通入氮气以除去溶解的氧时, 光电流和暗电流都明显减小(图7), 说明溶解氧在电子传递过程中起着重要的作用. 因为溶解氧可以接收一个电子形成超氧自由基, 是一个潜在的电子接受体, 浓度增加有利于电子从薄膜向电解质的传递. 当通N 2除去氧气或加入电子给体氢醌时, 薄膜产生的光电流随氢醌浓度增加而迅速减小, 进一步证实为阴极光电流.当向除去氧气的电解质溶液中加入少量的抗坏血酸(VC)时, 光电流随浓度的增加先增大后减小(图8). 因为抗坏血酸又是一个酸, 它的加入可使电解质的pH 值降低, 从而使ITO 的平带电势负移, 在浓度不大时酸度对ITO 的平带电势的影响占主导, 有利于光电流的增加[12]. 当坏血酸的浓度超过3×10－5 mol•L －1时, 它作为电子给体的作用占主导, 浓度增加, 对电子从ITO 电极流向溶液不利, 阴极光电流减小.3 结论通过增加中温反应时间和超声时间, 制备出大小在几十个纳米范围内的GO 片, 其水溶液可以持续7个月2542化学学报V ol. 69, 2011图7通氮前(a)后(b)薄膜的光电流-时间曲线Figure 7 Photocurrent-light irradiation time curve for GO film prior to (a) and after (b) degassing with N2Supporting electrolyte 0.1 mol•L－1 Na2SO4. Applied potential＝−0.1 V vs. SCE. Area of the electrode≈0.28 cm2. Light intensity＝100 mW/cm2图8不同浓度VC对光电流密度的影响Figure 8Effects of VC concentrations on photocurrent genera-tion from GO filmSupporting electrolyte 0.1 mol•L－1 Na2SO4. Applied potential＝－0.1 V vs. SCE. Area of the electrode≈0.28 cm2. Light intensity＝100 mW/cm2以上不沉淀. GO能形成稳定的自组装薄膜, 光电化学性质优异, 最大光电流密度高达3.72 µA/cm2, 较我们最近报道的WO3/半菁静电自组装膜的光电信号大得多[15]. References1 Matsui, J.; Abe, K.; Mitsuishi, M. Langmuir2009, 25,11061.2 Feng, X. M.; Huang, X. W.; Huang, H. Acta Chim. Sinica2010, 68, 1123 (in Chinese).(冯小明, 黄先威, 黄辉, 化学学报, 2010, 68, 1123.)3 Fan, S. H.; Wang, K. Z.; Gan, L. B. Chin. J. Inorg. Chem.2008, (8), 1206 (in Chinese).(凡素华, 王科志, 甘良兵, 无机化学学报, 2008, (8), 1206.)4 Zheng, L. P.; Zhou, Q. M.; Wang, F. Acta Chim. Sinica2004, 62, 88 (in Chinese).(郑立平, 周清梅, 王飞, 化学学报, 2004, 62, 88.)5 Acik, M.; Mattevi, C.; Gong, C. ACS Nano2010, 4, 5861.6 Chang, L. M.; Wu, S.; Chen, S. N.; Li, X. J. Mater. Sci.2011, 46, 2024.7 Zhang, Y. P.; Pan, C. X. J. Mater. Sci. 2011, 46, 2622.8 Yao, H. B.; Wu, L. H.; Cui, C. H. J. Mater. Chem. 2010, 20,5190.9 Fu, L.; Liu, H. B.; Zou, Y. H. Carbon2005, (4), 10 (inChinese).(傅玲, 刘洪波, 邹艳红, 炭素, 2005, (4), 10.)10 Cooper, T. M.; Campbell, A. L.; Crane, R. L. Langmuir1995, 11, 2713.11 Paredes, J. I.; Villar-Rodil, S.; Martinez-Alonso, A.Langmuir2008, 24, 10560.12 Lang, A. D.; Huang, C. H.; Gan, L. B. Chem. J. Chin. Univ.1998, 12, 1881 (in Chinese).(郎爱东, 黄春辉, 甘良兵, 高等学校化学学报, 1998, 12,1881.)13 Maria, A.; Cyr, P.; Klem, E.; Levina, L.; Sargent, E. H.Appl. Phys. Lett. 2005, 87, 213112.14 Fan, S. H.; Zhang, A. G.; Ju, C. C.; Gao, L. H.; Wang, K. Z.Inorg. Chem. 2010, 49, 3752.15 Zou, X.; Fan, Y.; Zhuang, M. Y.; Peng, J.; Gao, L. H.;Wang, K. Z. Acta Chim. Sinica2010, 68, 2250 (in Chinese).(邹旭, 范娅, 庄敏阳, 彭景, 高丽华, 王科志, 化学学报,2010, 68, 2250.)(A1104022 Qin, X.)。