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氧化石墨烯的制备及还原研究
氧化石墨烯的制备及还原研究
石墨烯是由碳原子通过共价键连接成的平面六边形晶格结构，是目前最热门的纳米材料之一。石墨烯的独特结构和性质为其在可穿戴电子设备、医学、能源等领域的应用打开了广阔的前景。然而，石墨烯的应用受到其难以大规模生产和处理的限制。氧化石墨烯（GO）是石墨烯氧化后得到的产物，是一种具有高度氧化和亲水性的薄片材料。GO的性质和使用方式不同于石墨烯，但也具有其自身的优势。
本文将重点探讨氧化石墨烯的制备方法和还原研究。
一、氧化石墨烯的制备方法
目前，氧化石墨烯制备方法主要包括化学氧化和机械剥离两种。
1.化学氧化法
化学氧化法是制备氧化石墨烯的主要方法。化学氧化通常使用的氧化剂为氧（O2）、硝酸（HNO3）和过硫酸铵（NH4）2S2O8），其中以硝酸氧化法最为常用。
例如：“Hummers法”，是一种比较常用的硝酸氧化法。其制备过程如下：
首先，石墨粉末和硫酸混合，之后慢慢加入硝酸，石墨粉末被氧化形成氧化石墨烯，然后用水、HC1、NaOH三种溶剂进行水洗处理，去除多余的硫酸和硝酸等物。最后进行干燥，得到氧化石墨烯。
2.机械剥离法
机械剥离法是一种无需化学氧化的制备氧化石墨烯的方法。它是通过机械去除石墨层，制备出薄片的石墨烯。一般采用的是剥离法和剪切法两种机械剥离方法。
例如，scotchtape剥离法，也称为Mechanicalexfoliation，是目前获得最高质量的石墨烯样品的方法之一。该方法使用普通店面售卖的透明胶带（scotchtape），在石墨基础上进行多次剥离。每一次剥离都会去除一层石墨，从而得到一层厚度在几百nm以下的石墨烯膜。当然，这种方法也需要一定的手工技巧，同时效率较低，远无法满足大规模生产的需要。因此，化学氧化法是目前大规模生产氧化石墨烯的主要方法。
二、氧化石墨烯的还原研究
对氧化石墨烯进行还原是得到石墨烯的关键步骤之一。常用的还原方法有热还原法、化学还原法、等离子体喷射还原法、光还原法等。
1.热还原法
热还原法是利用高温处理（800~1400℃）将氧化石墨烯还原为石墨烯的一种方法。热还原法适用于有一定质量的琼脂糖基氧化石墨烯纳米纤维，并可以得到具有良好电学性能的石墨烯。但是这种方法需要较高的温度，不适于大规模生产，且过程中需要防止二次污染。
2.化学还原法
化学还原法是将氧化石墨烯还原成石墨烯的常用方法之一，其中水溶性还原剂包括还原型钠（NaBH4）、还原型钠汉化物（NaH）和还原型氢气（H2）。这种方法还原后，具有良好的导电性、机械性能和热稳定性。但是还原后的石墨烯化合物易形成凝胶，需要进一步处理才能应用于实际情况。
3.等离子体喷射还原法
等离子体喷射还原法是一种表面等离子体处理技术，利用等离子体将氧化石墨烯还原为石墨烯。该方法不需要通气，可以在较低的温度下实现石墨烯的还原，但是不能大规模生产。
4.光还原法
光还原法是利用光辐射将氧化石墨烯还原为石墨烯的方法。此方法使用光能够在较短时间内快速还原氧化石墨烯。例如，使用激光像素化技术，可以在几分钟内制备出具有优异力学和电学性能的石墨烯膜。
综上所述，氧化石墨烯制备和还原方法研究是制备石墨烯关键的步骤。热还原法和化学还原法是目前大规模生产和实际应用的主要方法之一。本文介绍了氧化石墨烯的制备方法和还原研究，并对一些主要研究方向进行了讨论，以期有助于更好地了解氧化石墨烯在石墨烯制备中产生的作用。