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松散的氧化石墨分散在碱性溶液中形成类似石墨烯结构的单原子厚度的片段。氧化石墨因为具有这个性质,所以具有用于工业化生产石墨烯的可能性,因此吸引了众多科学家参与研究。但直到2010年为止,这条石墨烯制备路线仍存在大量结构方面的问题。
赫摩尔斯和奥弗曼在1957年提出一种更加安全、快速、有效的方法。他们将浓硫酸、硝酸钠、高锰酸钾混合后处理石墨来制备氧化石墨,这个方法至今仍被广泛使用(至2009年为止)。
最近浓硫酸与高锰酸钾的混合溶液被用于切割碳纳米管来产生少量的石墨烯纳米带,并且石墨烯纳米带的边缘具有氧原子(=O)或者羟基(-OH)等基团。
氧化石墨的结构和性质取决于合成它的方法。氧化石墨仍然保留石墨母体的片状结构,但是两层间的间距(约0.7nm)大约是石墨中层间距的两倍。严格的说,"氧化"一词是不正确的,只是由于历史原因而保留下来了。在氧化石墨中,除了纯粹引入氧原子的过氧键外,实验证实,结构中还存在其他种类官能团,比如羰基(=CO)、羟基(-OH)和酚羟基。 氧化石墨层的厚度约为1.1 ± 0.2 nm。扫描隧道显微镜表明在氧化石墨中某些区域内,氧原子以0.27 nm × 0.41 nm的晶格常数排列为矩形。在氧化石墨层的最边缘均为羰基或羧基。
电化石墨是将石墨、焦炭等作原料,置于近2500℃以上高温的电炉中处理而制成产品。电化石墨主要用来制造电刷。其性能优良,电阻系数和接触电压较高,对抑制火花有利,故使用范围广,可用于各类型的电机及整流条件...
高石墨电极抗氧化涂料改性固化剂、颜填料等组成的双组份涂料。良好的耐湿热性、耐盐雾性能。优秀的耐 水、耐油、耐碱、耐弱酸、耐盐水性能。漆膜坚韧、光滑、防霉、耐污染。良好的耐冲击性、耐磨性能。参考 价格2...
1、作耐火材料:石墨及其制品具有耐高温、高强度的性质,在冶金工业中主要用来制造石墨坩埚,在炼钢中常用石墨作钢锭之保护剂,冶金炉的内衬。2.作导电材料:在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、正流器...
近来氧化石墨被聚焦了太多的注意力,科学家试图以氧化石墨为原料来大规模工业化生产石墨烯。虽然众所周知,石墨烯具有很好的电学性质,但氧化石墨本身却是绝缘体(或是半导体)。
由于氧化石墨中存在大量亲水基团(如羧基与羟基),氧化石墨很容易在水溶液分散,形成单个小片段,而且绝大部分都只有单个石墨层。之后再通过还原反应就可以还原得悬浮状态的石墨烯片段。
少量的实验室制备石墨烯的方法是用肼处理处于悬浮状态的氧化石墨,并加热至100℃保持24小时。 或者也可以将氧化石墨放入氢气氛围中,通过电击得到。或者将氧化石墨暴露在强脉冲光线下,例如氙气灯也能得到石墨烯。
氧化石墨烯改性聚硫密封胶
采用Hummers法制备了氧化石墨烯(GO)。X射线衍射(XRD)、红外光谱和拉曼光谱等表征结果表明,产物成分较纯且含有较多的活性基团;将其超声分散在邻苯二甲酸丁苄酯中,采用拉伸和粘接性能测试研究其对聚硫胶力学性能的影响。结果表明,随氧化石墨烯含量增加,拉伸强度和粘接强度先增后减;加入0.2 phr氧化石墨烯增强效果最为显著,拉伸强度由1.71MPa提高到2.12MPa,粘接强度由1.06MPa提高到1.29MPa,断裂伸长率变化较小。
氧化石墨烯/聚乙烯醇复合膜的研究
采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,将二维材料氧化石墨烯浸泡在聚乙烯醇溶液中,得到氧化石墨烯/聚乙烯醇复合膜。光学显微镜、扫描电镜、红外光谱等表征结果表明,浸泡24h后可得到平滑、平整的氧化石墨烯/聚乙烯醇复合膜,PVA向GO层的渗透作用提高了氧化石墨烯的层间距。
氧化石墨烯(GO)是印刷电子、催化、储能、分离膜、生物医学和复合材料的理想材料。但是现在合成GO的主流方法还是用石墨和复合氧化剂混合反应得到氧化石墨,然后将其剥离得到GO。此反应时间通常长达几百小时,会引入金属离子杂质,且有爆炸的危险,还会引起环境污染,这大大制约了GO的工业化生产。我们亟需一种高产、安全、环境友好型的合成方法。
沈阳材料科学国家研究中心的任文才和成会明研究员设计出一种电解水氧化的GO制备方法:首先在浓硫酸中用硫酸分子插层石墨,以此抑制后续电解水过程中的氧气析出,而只产生高活性的氧自由基。第二步则是在稀硫酸中将插层石墨电化学氧化,研究发现该过程中硫酸的浓度可以控制GO的氧化程度。值得注意的是,硫酸在整个过程中只是一种控制剂(没有被消耗,可重复利用),而非氧化剂,可以实现GO生产的宏观调控。同时,同位素示踪法也明确证实GO的含氧官能团来自于水。XPS、红外等表征结果说明此法与传统方法的产物官能团几乎一样,而ICP表征则证明了产物中没有金属离子杂质。
快速、绿色、安全地制备氧化石墨烯
水电解氧化法制备GO的速度比传统方法快100余倍,且不使用强氧化剂,有效解决了氧化石墨烯制备过程中污染严重、有爆炸风险等问题,大幅降低成本,有望工业化生产应用。这使得这份工作成功发表在Nat. Commun.上。
DOI: 10.1038/s41467-017-02479-z
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图1:氧化石墨烯
首先我们来了解一下什么是锂金属电池和锂离子电池。
锂金属电池
锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、(研究实验中一般用铜作正极,为了表征方便)金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。
锂离子电池
锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。现在我们日常生活中用到的可充电锂电池一般指的是锂离子电池。
锂金属电池的充电量是锂离子电池的10倍,但由于锂在充电和放电时在电极上不均匀地沉积。这种沉积会使这些电池的寿命缩短,更重要的是会导致电池短路并起火,这是锂金属电池不能用于商业化的根本原因。
最近芝加哥伊利诺伊大学的研究人员提出了解决锂金属电池商业化的办法。研究人员提出一种可能的解决方案:将具有氧化石墨烯涂层的纳米片放置在电池电极之间,从而防止金属锂不均匀的堆积,这样可以使电池安全的循环放电达到数百次。“我们的研究结果表明,在这种情况下,二维材料—氧化石墨烯可以帮助调节金属锂的沉积,延长锂金属电池的寿命。”UIC工程学院的副教授Reza Shahbazian-Yassar说。
图2:新型锂金属电池基本结构
在锂离子电池中,通常用多孔聚合物或玻璃陶瓷纤维制成的隔膜置于电解液中。该分离器允许锂离子经过,同时防止其他成分堵塞,这样可以避免由于电短路引起的火灾。研究人员在锂金属电池中使用了一种改进的隔膜来调节锂离子的流动,控制锂沉积速率,以防止形成树突。他们将氧化石墨烯喷涂在玻璃纤维隔板上,制成纳米片。
通过各种成像技术显示,研究人员发现,当纳米片用于锂金属电池时,锂电极的表面可以形成均匀的锂薄膜。
图3:两种锂金属电池正极表面的SEM像
图中左侧是传统的锂金属电池铜电极在1 mA·cm−2循环120次后的扫描电镜图像,可以看出沉积不均匀且有锂枝晶形成;而右侧是加了氧化石墨烯隔膜的铜电极在1 mA·cm−2循环160次后的扫描电镜图像,电极表面明显更均匀更光滑。
图4:利用光学成像技术显示就更加清晰直观
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公司开发的氧化石墨烯系列、还原氧化石墨烯系列、石墨烯系列等16种产品,已应用于导电浆料、润滑材料、涂料涂层、散热材料、高分子复合材料和锂电池正负极材料等领域。
大片径氧化石墨烯
Large-size Graphene Oxide
简称LGO,可应用于纺丝材料、成膜材料、包覆材料、隔热材料等领域。
常规氧化石墨粉末
Graphene Oxide
简称GO,可应用于催化材料领域,作为负载纳米金属、氧化物等催化剂的载体。也可用于环境材料领域,吸附重金属、染料等污染物。
低缺陷氧化石墨烯
Low Defects Graphene Oxide
简称LDGO,可应用于导电/导热材料、复合材料、化学还原石墨烯材料等领域。
石墨烯导电剂
Graphene Conductive Agent
简称GCA,可在一些极性溶剂中分散,能提高电池、导电银浆、导电膏等产品的导电性能。
纳米级氧化石墨烯
Nano Graphene Oxide
简称NGO,可应用于生物酶固定、高分子纤维增强改性等领域。