化学还原法制备石墨烯的研究进展

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一种基于化学还原方法的石墨烯制备方法

一种基于化学还原方法的石墨烯制备方法近年来，石墨烯的研究在科学领域中引起了广泛的关注。

石墨烯作为一种新型的二维纳米材料，因其较大的比表面积和优异的电子输运性能而备受瞩目。

目前，已经有多种方法可用于制备石墨烯，其中较为常见的就是机械剥离法、化学氧化还原法等。

本文将介绍一种基于化学还原法的石墨烯制备方法。

一、化学还原法制备石墨烯的原理化学还原法是一种较为简便的制备石墨烯的方法。

其原理是将氧化的石墨烯还原成石墨烯，从而得到纯净的石墨烯。

在化学还原法制备石墨烯时，首先需要在石墨烯表面覆盖一层氧化物，常用的氧化物为氧化硅（SiO2）。

然后，将硫酸及亚硫酸等还原剂放入溶液中，使氧化的石墨烯还原成石墨烯。

在还原过程中，还原剂会将氧化物和碳原子中的相间杂质清除，从而得到纯净的石墨烯。

二、基于化学还原法制备石墨烯的具体步骤1.制备氧化石墨烯制备氧化石墨烯是制备石墨烯的第一步。

以天然石墨为例，其制备过程如下：首先，将石墨放入浓硫酸中，在搅拌的同时，缓慢滴加硝酸，反应片刻后石墨就会被氧化，形成氧化石墨烯。

2.还原石墨烯将上述制备的氧化石墨烯浸泡在亚硫酸等还原剂的溶液中，接着加入一些稀盐酸，搅拌50分钟，经过去离子水淋洗、旋转干燥后，得到板状的石墨烯。

3.分散石墨烯制得的石墨烯不易分散，需用超声波进行分散处理。

将制备好的石墨烯加入去离子水中，用超声波均匀分散，最后用离心机获得稳定的石墨烯粉体。

三、化学还原法制备石墨烯方法的优缺点1.优点（1）制备过程简单，步骤少。

（2）制备成本低。

（3）适用于大规模制备。

2.缺点（1）还原过程难以控制，难以得到精细的石墨烯结构。

（2）由于还原剂回收难度大，还原剂的使用也使整个制备过程环境污染的问题日益引起人们关注。

综合来看，化学还原法制备石墨烯具有制备过程简单、成本低等优点，但其还原过程难以控制，且还原剂的使用会对环境造成一定程度污染，这也是其所具有的缺点和不足之处。

四、结语随着近年来对新材料的需求日益增长，石墨烯及其相关纳米材料也引起了人们的广泛关注。

石墨烯纳米片的制备及性质研究

石墨烯纳米片的制备及性质研究石墨烯是石墨的一种单层结构，它是一种新型的二维纳米材料，具有优异的物理、化学和机械性质。

石墨烯具有高的电导率、高的热导率、高强度、高的化学稳定性、透明和柔韧等特性，因此被广泛应用于化学、生物、电子、材料等领域。

本文将重点探讨石墨烯纳米片的制备及性质研究。

一、石墨烯纳米片的制备方法目前石墨烯制备的方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法、化学还原法和化学氧化法等。

下面我们分别介绍一下这几种方法。

1. 机械剥离法机械剥离法是一种制备石墨烯的最早方法，主要是利用图形石墨材料的机械剥离来获得单层石墨烯。

这种方法的原理是在嵌入一层胶带后，将其撕下，这样可以将石墨材料的一层单晶体剥离下来。

但是这种方法具有高成本、低产率和不利于规模化生产等缺点，因此不适用于大规模生产。

2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种较为成功的石墨烯制备方法，主要是通过将化学气源转化成石墨烯，在衬底上生长单层石墨烯。

这种方法的原理是在高温下将烷烃分子或其他含氢气体转化成碳源，从而生长出原子尺寸大小的石墨烯膜层。

这种方法具有成本低、量大、效率高等优点，可以用于规模化生产。

3. 化学还原法化学还原法是一种将氧化石墨烯还原成石墨烯的方法。

这种方法的原理是将氧化石墨烯在还原剂作用下还原成石墨烯，实现从红外吸收的金属氧化物到金属氧化物的转变。

4. 化学氧化法化学氧化法是一种将石墨材料在含有强氧化剂的酸性溶液中氧化成氧化石墨烯的方法。

这种方法的原理是氧化剂可以将石墨材料中的碳原子中心的轨道变成氧原子的轨道而转化成氧化石墨烯，在水溶液中形成分散的纳米片。

二、石墨烯纳米片的性质研究石墨烯具有许多优异的物理、化学和机械性质，具体如下：1. 电导率高石墨烯具有高达 1 × 10^5 S/cm 的电导率，这是金属的 100 倍以上。

这是因为石墨烯的电子能带结构与传统的半导体和金属材料有很大不同，其导带和价带相接，并呈现线性带结构，电子具有质量接近于零的状态。

匕学还原法制备石墨烯及其应用研究进展

ｓｅｎｓｏｒ，ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ｓｕｐｅｒｃａｐａｅｉｔｏｒａｎｄｏｒｇａｎｉｃｓｏｌａ：ｃｉｌ．Ｐｎｓ！，ｔｔｈｅ｝ ¨ Ｊ（ｊ、ｆｈ￣ｐｍｅｎｔＩｒｅｎ｛ｎＩｇｌａｐｈｅｎｅｍａｔｅｉｒａ１．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｘｉｄａｔｉｏｎ — ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈ＊ｌｄ；ｇｒａｐｈｅｎｅ； “ ｐｑｅｅｔｒｍｆｉ “ ！
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第２期
２０１３年４月
纳米科技
Ｎａｎｏｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｎｏ．２Ａｐｉｒｌ２０１３
化学还原法制备石墨烯及其应用研究进展
冉晨鑫，高蔚茵，汪敏强
（西安交通大学电子陶瓷与器件教育部重点实验室西安交大国际电介质中心，
陕西西安７１００４９）
摘
要：文章综述了氧化石墨烯的制备方法，化学还原氧化石墨烯的方法以及其在纳米材料领

化学还原法制备石墨烯的研究进展

的研究也越来越受到世界各国研究人员的重视。新型材料具备
抗疲劳，生物相容性好等。新型碳材料作为新型材料的新星更是起了世界各国研究人员的
极大兴趣。２００４年，英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈・海姆和康斯坦丁・诺沃肖洛夫，成功地从石墨中分离出石墨烯。至此三维的石墨，二维的石墨烯，一维的碳纳米管与零维的富勒烯
３５卷第０２期２０１３年１月
西
部
皮
革
Ｖ０ｌ＿３５Ｎｏ．０２
ＷＥＳＴＬＥＡＴＨＥＲ
Ｊａｎ．２０１３
化学还原法制备石墨烯的研究进展
王闪闪，王全杰 ’ ２，曲家乐。
（，．烟台大学化学化工学院，山东烟台２６４００５；２．国家制革技术研究推广中心，山东烟台２６４００５；
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｒａｐｈｅｎｅｉｓａｈｏｔｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌ，ａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｒｅｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｔｈｅｍａｉｎｍｅｔｈｏｄｔｏｐｒｅｐａｒｅｇｒａｐｈｅｍｅａｔｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｔｗａｓｒｅｖｉｅｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｙｐｅｓａｎｄｐｅｆｒｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｖａｒｉｏｕｓｒｅｄｕｃｉｎｇａｇｅｎｔｓｗｈｉｃｈｗａｓｕｓｅｄｔｏｒｅｄｕｃｅｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅｔｏｇｒａｐｈｅｎｅ．Ｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｐｒｅｐａｒｅｄｇｒａｐｈｅｎｅ，ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｄｕｅｔａｎｔｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒａｐｈｅｎｅ；ｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅ；ｒｅｄｕｃｔａｎｔ

石墨烯制备方法的研究进展

石墨烯制备方法的研究进展一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子构成的二维纳米材料，自2004年被科学家首次成功制备以来，就因其独特的物理、化学和电子特性引起了全球范围内的广泛关注。

由于其出色的导电性、超高的热导率、优异的力学性能和潜在的大规模应用前景，石墨烯在众多领域如能源、电子、生物医学等都有着广泛的应用潜力。

然而，石墨烯的制备技术仍然是制约其大规模应用的关键因素之一。

因此，研究和开发高效、稳定、可规模化的石墨烯制备方法成为了当前科学研究的重要课题。

本文旨在全面综述石墨烯制备方法的研究进展，通过对各种制备方法的原理、特点、优缺点以及最新研究成果的详细分析和讨论，为石墨烯的大规模制备和应用提供理论支持和技术指导。

文章将首先介绍石墨烯的基本结构和性质，然后重点介绍目前主要的石墨烯制备方法，包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法、碳化硅外延法等，并对各种方法的最新研究进展进行评述。

文章还将探讨石墨烯制备技术的发展趋势和未来研究方向，以期为石墨烯的进一步研究和应用提供有益的参考。

二、石墨烯制备方法概述石墨烯的制备方法众多，每一种方法都有其独特的优点和适用场景。

目前，主要的制备方法可以大致分为物理法和化学法两大类。

物理法主要包括机械剥离法、SiC外延生长法和取向附生法等。

机械剥离法是最早用来制备石墨烯的方法，其原理是通过使用胶带对石墨进行层层剥离，得到单层或多层的石墨烯。

这种方法制备的石墨烯质量较高，但产率极低，难以实现大规模生产。

SiC外延生长法是在高温和超真空环境下，通过加热SiC单晶使其表面分解出碳原子，进而在单晶表面生长出石墨烯。

这种方法制备的石墨烯面积大，质量好，但设备成本高昂，且制备过程复杂。

取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，首先让碳原子在1150℃下渗入钌，然后冷却，使碳原子以单层形式从钌表面析出，形成悬浮的单层石墨烯。

这种方法制备的石墨烯层数可控，但同样面临制备成本较高的问题。

乙二胺还原法制备纳米石墨烯

ｃｈｅｍｉｃａｌｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈＷａＳｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ
ａ
ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＸＰＳ）ａｎｄＲａｍａｎ
ＲｅｓｕｌｔｓｏｆＴＧＡ，ＸＲＤａｎｄｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｍｅａＳｕｒｅｍｅｎｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｈｙｄｒｏｕｓｈｙｄｒａｚｉｎｅｈａｄｂｅｔｔｅｒｅｆｆｅｃｔ
２所示，定义为单原子层二维碳片，其中碳原子以六方形的蜂窝
状点阵有序排列在二维平面上。
躲
固１１２石墨烯的晶体结构
＼矗பைடு நூலகம்
石墨烯的物理结构一度是个难解之谜，一方面，石墨烯似乎是严格意义上的二维材料，表现出高度的晶体特性以至其中的电子能在亚微米距离上移动而不发生散射：而另一方面，根据现有的理论及实验观察，完美的二维晶体是不可能独立存在的。早在７０多年前，Ｐｅｉｅｒｌｓ及Ｌａｎｄａｕ即对严格的二维晶体是否存在进行了理论讨沦，他们认为．在标准谐函数近似下，任何温度条件下，温度的起伏将破坏晶体妊程有序，导致二维晶
ＥｘｆｏｌｉａｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｉｔｅｏｘｉｄｅＷａｓｃａｒｒｉｅｄ
ｏｕｔｉｎ
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石墨烯氧化物的制备和性质研究

石墨烯氧化物的制备和性质研究石墨烯氧化物，是石墨烯在氧化反应中形成的一种化合物，它拥有石墨烯的许多优秀的物理、化学性质，并且更具有可控性，能够满足许多工业化要求。

下面，将就石墨烯氧化物的制备和性质进行探讨。

一、石墨烯氧化物的制备石墨烯氧化物的制备方法主要分为两类，一类是化学还原法，另一类是物理还原法。

在这两类方法中，化学还原法被认为是制备石墨烯氧化物最有效的方法之一。

1. 化学还原法化学还原法的主要原理是利用化学物质中的还原剂对石墨烯进行还原。

具体制备过程如下：首先，在实验室中将石墨烯和氧化剂（如硝酸等）混合悬浮在水中。

然后，在水中加入还原剂，如亚硫酸钠等，搅拌一段时间。

这样，石墨烯表面的氧化物会被还原成还原物质，并形成氧化物晶体。

接下来，将混合物过滤并洗净以去除杂质，然后将样品在低温下烘干，就可以得到石墨烯氧化物样品。

2. 物理还原法物理还原法则是通过加热、化学气相沉积等方法，在高温高压条件下将导电性较低的氧化石墨烯转化为导电性较好的石墨烯。

这种方法的优点是制备过程简单，没有污染物，成本低，生产效率高，但同样也存在一些问题，如石墨烯的颗粒分布较为不均匀，制备条件需要控制，并需要更进一步的物理过程。

二、石墨烯氧化物的性质石墨烯氧化物是一种高效的材料，不仅具有石墨烯的优秀性质，还具有石墨烯所不具备的一些新型性质。

1. 电学性质石墨烯氧化物在电学性质上的表现具有一定的特点，它导电性较弱，但在接触电极时，接触面扩大，导电性提高，可以作为新型低成本透明导电膜材料。

2. 光学性质光学性质也是石墨烯氧化物具有的优异性质之一。

可以通过环境调控，来调节石墨烯氧化物的颜色，亦可以增强其应用。

3. 机械性质石墨烯氧化物的机械性能较好，便于弯曲后再形成纳米颗粒，这种弯曲形态把石墨烯氧化物纳米颗粒放置在纳米排布模板上后，可制成各种更复杂的形状。

4. 热学性质石墨烯氧化物的热学性质是另一种引人注目的物理性质。

与传统材料相比，石墨烯氧化物材料表现出高热导电性，温度变化范围大。

制备石墨烯的新方法及应用展望

制备石墨烯的新方法及应用展望石墨烯是一种具有单层碳原子的二维材料，具有极高的强度和导电性，因此被广泛认为是未来科技领域的关键材料之一。

然而，目前石墨烯的制备方法较为复杂、昂贵，且难以进行大规模生产，限制了其应用的发展。

因此近年来，研究人员不断尝试寻找新的制备方法，以及更多的应用领域。

本文将就其中的一些新方法及应用进行介绍和展望。

一、热解还原法目前最常用的石墨烯制备方法之一是化学气相沉积法，但该方法需要高昂的仪器设备和配套的气体环境，造成了高昂的成本。

因此，研究人员不断尝试使用一些简单易行、低成本的方法来制备石墨烯。

其中一种被广泛研究的方法是热解还原法。

热解还原法是在高温环境下将碳源如化学气相沉积法中常用的甲烷或乙烯分子裂解生成的原子碳沉积在铜基底上，形成石墨烯的方法。

该方法制备的石墨烯单层结构完美，质量高，且制备过程容易控制。

二、化学还原法化学还原法是在石墨烯氧化处理后通过还原方法还原成石墨烯的方法。

该方法的核心是还原剂的选择，常见的还原剂有水解生成的亚硫酸根离子和还原型石墨。

化学还原法具有成本低、操作简单、适用面广等优点，可通过改变还原方法和条件等来制备具有不同性质的石墨烯材料，为石墨烯的商业化应用提供了更多的选择。

三、石墨烯的应用展望石墨烯具有优异的导电性、热导率和力学性能，且具有极高的比表面积和与其他材料的卓越匹配性，因此在众多领域具有广泛的应用前景。

下面简要地介绍一些石墨烯的应用展望：1. 锂离子电池锂离子电池是目前最常用的电池之一，但其能量密度和循环寿命方面仍有待改进。

石墨烯的高导电性和高比表面积使其成为一种理想的锂离子电池电极材料。

石墨烯/硅复合材料也是一种备受关注的电极材料，可提高电极的容量和循环寿命，推动锂离子电池的发展。

2. 光伏材料石墨烯具有极高的光吸收能力和光吸光系数，因此被认为是一种非常有前途的光伏材料。

石墨烯可以用于太阳能电池的导电层、防反射层和透明导电薄膜等部分，提高太阳能电池的效率和稳定性。

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化学还原法制备石墨烯的研究进展近年来，研究人员利用多种方法开展了石墨烯的制备工作，主要包括化学剥离法、金属表面外延法、SiC表面石墨化法和化学还原法等[1]。

目前应用最广泛的合成方法是化学还原法。

石墨烯在氧化的过程中会引入一些化学基团，如羧基（-COOH）、羟基（-OH）、羰基（-C = O）和环氧基（-C-O-C）等，这些基团的生成改变了C-C之间的结合方式，导致氧化石墨烯的导电性急剧下降，并且使具有的各种优异性能也随之消失。

因此，对氧化石墨烯进行还原具有非常重要的意义，主要是先将氧化石墨烯分散（借助高速离心、超声等）到水或有机溶剂中形成稳定均相的溶胶，再按照一定比例用还原剂还原，得到单层或者多层石墨烯。

还原得到的石墨烯有望在电子晶体管、化学传感器、生物基因测序以及复合材料等众多领域广泛应用。

目前，制备氧化石墨烯的技术已经相当成熟，其层间距（0.7~1.2 nm）较原始石墨烯层间距大，更有利于将其他物质分子插入。

研究表明氧化石墨烯表面和边缘有大量的羟基、羧基等官能团，很容易与极性物质发生反应，得到改性氧化石墨烯。

氧化石墨烯的有机改性可使其表面由亲水性变为亲油性，表面能降低，从而提高与聚合物单体或聚合物之间的相容性，增强氧化石墨烯与聚合物之间的粘接性。

如果使用适当的剥离技术（如超声波剥离法、静电斥力剥离法、热解膨胀剥离法、机械剥离法、低温剥离法等），那么氧化石墨烯就能很容易的在水溶液或有机溶剂中分散成均匀的单层氧化石墨烯溶液，使利用其反应得到石墨烯成为可能。

氧化还原法最大的缺点是制备的石墨烯有一定的缺陷，因为经过强氧化剂氧化得到的氧化石墨烯，并不一定能被完全还原，可能会损失一部分性能，如透光性、导热性，尤其是导电性，所以有些还原剂还原后得到的石墨烯在一定程度上存在不完全性，即与严格意义上的石墨烯存在差别。

但氧化还原方法价格低廉，可以制备出大量的石墨烯，所以成为目前最常用制备石墨烯的方法。

不同的还原剂制备石墨烯优缺点对比表
还原剂优点缺点
水合肼1化学基团去除率最高都可达到99%以
上，甚至有的基团消失了；2还原后得到
的石墨烯比氧化石墨烯在热稳定性上表
现得更为优异；3对极性较大的有机染料
具有较强的吸附能力；4增加水合肼的用
量能够得到还原度较高的石墨烯；
1氧化石墨烯的还原状态结
构并不可能被完全的还原到
原有的石墨烯状态；
乙二胺1结构趋于平面化，在还原过程中未发生
明显团聚现象；2其分散稳定性明显优于
水合肼还原，在对氧化石墨烯进行化学
还原的同时，可能还发生了表面化学修
饰，这是其它还原剂还原所不具有的；
1乙二胺对氧化石墨烯的还
原效果略逊于水合肼；
抗坏血酸1较高还原度；2在温和的条件下将氧化
石墨烯水溶液有效转化成为定的单分散
石墨烯悬浮液；3室温下还原氧化石墨
烯，易于实现对氧化石墨烯还原程度的
控制；
1表面仍然残留有极少量的
含氧基团；
柠檬酸钠1反应条件温和，原料廉价易得，易于放大；2含氧官能团能得到有效脱除，并具有良好的电子传输性能；3简单的水洗离心就可实现分离提纯；4还原过程中不污染环境；
L-半胱氨酸1生成的石墨烯已经脱除了主要的含氧基团，且还原产物部分具有石墨烯结构以及优良的热稳定性；2 L- 半胱氨酸还原后得到的石墨烯在乙醇中表现出较好的分散性和较高的导电性；
氨水及氨水蒸汽1氧含量显著降低，导电性能提高；1与水合肼相比，氨水毒性小，既能够还原氧化石墨烯，又能够稳定还原后的石墨烯；
氢碘酸1使薄膜的厚度显著减小、结构更加致密，石墨烯片层之间的结合力也明显增强；2力学强度、导电性和柔韧性等方面都有很大提高；
硼氢化钠电容性较高；1部分层片重新聚集，比表面积低；。