CN102259850A - 一种对石墨烯进行氧化的方法 - Google Patents

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沈湘黔
宋浩杰
韩朋
唐华
杨小飞
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Abstract

本发明涉及无机碳材料结构改性技术，具体涉及一种将石墨烯进行氧化处理的方法，其特征是在室温下将石墨烯放入电子束辐照室内，经一定的电子束加速电压、束流和辐照剂量处理，石墨烯粉末中少层石墨烯的层间间距变大，氧化石墨烯的结构出现，石墨烯中含氧官能团的数量增多。本发明方法简单，成本低廉，便于工业化批量处理石墨烯。

Description

一种对石墨烯进行氧化的方法
技术领域
本发明涉及无机碳材料结构改性技术，具体涉及一种将石墨烯进行氧化处理的方法。
背景技术
石墨烯因其二维晶体结构特殊、质量轻且比表面积大等优点，不仅拥有优异的电学性能、导热性能和机械强度，而且还具有一些独特的性能，如量子霍尔效应和量子隧穿效应等；石墨烯的重要用途之一是用于制备高性能纳米复合材料，但石墨烯既不亲水也不亲油，加之化学反应惰性阻碍了它的应用，因而促进其应用及发展的有效办法是将其进行功能化，使其可分散于某种溶液，而氧化则是功能化的前提基础；目前对石墨烯进行氧化研究方法少被提及，而对纳米碳材料功能化的主要方法为强酸氧化法和氟化法，通过在材料表面引入水溶性基团，提高其在聚合物中的分散性，这两种方法均不同程度的存在反应周期长，工艺流程繁冗，因溶剂介入而损害材料等问题，因此，开发环保型的石墨烯的氧化方法十分必要。
发明内容
为解决石墨烯的可控氧化，且目前所存在的方法反应周期长、工艺繁冗等问题，本发明提供了一种氧化石墨烯的方法，在电子束辐照下，增大石墨烯粉末中少层石墨烯的层间距离，在石墨烯中引入含氧官能团，使石墨烯材料被氧化。
本发明的技术方案是将石墨烯放入辐照源室内进行电子束辐照，辐照处理在室温和空气条件下进行，所述电子束辐照加速电压为50keV～5MeV, 束流为20μA～2mA，辐照剂量为1×105Gy～6×106Gy，由于电子束辐照能量高、穿透力强，辐照提供的能量可以在石墨烯材料内部的缺陷处产生碳自由基，碳自由基可与空气中的氧发生反应，从而在石墨烯表面及层间引入含氧基团，使得石墨烯层间间距增大并被氧化。
本发明所述的对石墨烯进行氧化处理的方法具有操作过程简单、成本低廉、绿色环保的优点，可实现工业化批量处理。
附图说明
图1是在电子束辐照300kGy的辐照剂量石墨烯辐照前后的XRD谱图中002晶面所对应的衍射峰；
(a)未辐照的石墨烯；(b)辐照后的石墨烯。
具体实施方式
实施例1：
取石墨烯粉末放入玻璃瓶中，将玻璃瓶置于电子束辐照的辐照室中，加速电压为5MeV，束流为200μA，辐照剂量为3×105Gy，辐照后取少量的石墨烯粉末进行X射线衍射（XRD）分析，辐照前后石墨烯粉末的XRD谱图如图1所示，通过XRD分析发现，经辐照后的石墨烯粉末中出现了氧化石墨烯的特征峰（对应于2θ = 12. 0o），表明石墨烯被氧化。
实施例2：
取石墨烯粉末放入玻璃瓶中，将玻璃瓶置于电子束辐照的辐照室中，加速电压为50KeV，束流为2mA，辐照剂量为6×106Gy，辐照后取少量的石墨烯粉末进行X射线衍射（XRD）分析，辐照前后石墨烯粉末的XRD谱图与图1类似，通过XRD分析发现，经辐照后的石墨烯粉末中出现了氧化石墨烯的特征峰（对应于2θ= 12. 0o），表明石墨烯被氧化。
实施例3：
取石墨烯粉末放入玻璃瓶中，将玻璃瓶置于电子束辐照的辐照室中，加速电压为200KeV，束流为1.8mA，辐照剂量为5×106Gy，辐照后取少量的石墨烯粉末进行X射线衍射（XRD）分析，辐照前后石墨烯粉末的XRD谱图与图1类似，通过XRD分析发现，经辐照后的石墨烯粉末中出现了氧化石墨烯的特征峰（对应于2θ= 12. 0o），表明石墨烯被氧化。
实施例4：
取石墨烯粉末放入玻璃瓶中，将玻璃瓶置于电子束辐照的辐照室中，加速电压为500KeV，束流为1.6mA，辐照剂量为4.5×106Gy，辐照后取少量的石墨烯粉末进行X射线衍射（XRD）分析，辐照前后石墨烯粉末的XRD谱图与图1类似，通过XRD分析发现，经辐照后的石墨烯粉末中出现了氧化石墨烯的特征峰（对应于2θ= 12. 0o），表明石墨烯被氧化。
实施例5：
取石墨烯粉末放入玻璃瓶中，将玻璃瓶置于电子束辐照的辐照室中，加速电压为1MeV，束流为1.5mA，辐照剂量为4×106Gy，辐照后取少量的石墨烯粉末进行X射线衍射（XRD）分析，辐照前后石墨烯粉末的XRD谱图与图1类似，通过XRD分析发现，经辐照后的石墨烯粉末中出现了氧化石墨烯的特征峰（对应于2θ= 12. 0o），表明石墨烯被氧化。
实施例6：
取石墨烯粉末放入玻璃瓶中，将玻璃瓶置于电子束辐照的辐照室中，加速电压为3MeV，束流为1.2mA，辐照剂量为2×106Gy，辐照后取少量的石墨烯粉末进行X射线衍射（XRD）分析，辐照前后石墨烯粉末的XRD谱图与图1类似，通过XRD分析发现，经辐照后的石墨烯粉末中出现了氧化石墨烯的特征峰（对应于2θ= 12. 0o），表明石墨烯被氧化。
实施例7：
取石墨烯粉末放入玻璃瓶中，将玻璃瓶置于电子束辐照的辐照室中，加速电压为4MeV，束流为800μA，辐照剂量为6×105Gy，辐照后取少量的石墨烯粉末进行X射线衍射（XRD）分析，辐照前后石墨烯粉末的XRD谱图与图1类似，通过XRD分析发现，经辐照后的石墨烯粉末中出现了氧化石墨烯的特征峰（对应于2θ= 12. 0o），表明石墨烯被氧化。

Claims (4)

1.一种对石墨烯进行氧化的方法，其特征在于：将石墨烯置于电子束的辐照源室中进行电子束辐照。
2.根据权利要求1所述的一种对石墨烯进行氧化的方法，其特征在于： 所用电子束辐照的加速电压为50KeV～5MeV, 束流为20μA～2mA，辐照剂量为1×105Gy～6×106Gy。
3.根据权利要求1所述的一种对石墨烯进行氧化的方法，其特征在于：石墨烯的辐照处理在室温下进行。
4.根据权利要求1所述的一种对石墨烯进行氧化的方法，其特征在于：石墨烯的辐照处理在空气中进行。
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