TWI756235B

TWI756235B - 碳基氧化物及還原碳基氧化物之大規模製造

Info

Publication number: TWI756235B
Application number: TW106121056A
Authority: TW
Inventors: 馬修卡威爾; 理查Ｂ卡納; 卡迪馬赫Ｆ艾爾
Original assignee: 雷根斯加州大學
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2017-06-23
Publication date: 2022-03-01
Also published as: EP3475223A4; AU2017281543A1; US20170369323A1; EP3475223A1; IL263442B1; AU2017281543B2; CA3025940A1; WO2017223446A1; JP2019520301A; EA201990068A1; CN109476487A; JP7144849B2; BR112018076559B1; KR20190022669A; IL263442A; US11097951B2; TW201808801A; MX2019000049A; IL263442B2; BR112018076559A2

Abstract

本文提供碳基氧化物(CBO)材料及還原碳基氧化物(rCBO)材料，製造工藝，及具有改良之效能及高產量之裝置。在一些實施例中，本發明提供用於合成CBO及rCBO材料之材料及方法。該等方法避免當前合成方法之缺點以利於CBO及rCBO材料之簡便的高產量製造。

Description

碳基氧化物及還原碳基氧化物之大規模製造

【相關申請的交叉參考】

本申請案主張2016年6月24日申請之美國臨時申請案第62/354,439號及2017年5月23日申請之美國臨時申請案第62/510,021號之權益，該等申請案係以引用之方式併入本文中。

本發明係關於碳基氧化物(CBO)材料及還原碳基氧化物(rCBO)材料之合成及由其構造之裝置。

CBO及rCBO材料已運用於各種產品中以用於若干種工業應用。儘管化學還原可能為大規模合成CBO及rCBO材料之最可行的方法，但當前化學還原方法之產量及安全性不適合CBO及rCBO材料之經濟的高產量製造。因此，對於用於CBO及rCBO材料製造之安全的高產量方法存在一個明確的未滿足需求。

本發明提供碳基氧化物(CBO)及還原碳基氧化物(rCBO)材料，製造工藝，及具有改良之效能之裝置。本發明提供用於合成CBO及rCBO材料之材料及方法。該等方法避免當前合成方法之缺點以利於CBO及rCBO材料之簡便的高產量製造。本文中所述之標的物的特點提供一種用於經由低溫工藝製造高產量之CBO及rCBO材料之方法，其中該等CBO及rCBO材料展現高純度以用於包括(但不限於)以下之應用中：噴墨印刷、網版印刷、印刷電路板、射頻識別晶片、智能織物、導電塗層、凹版印刷、柔版印刷、電池、超級電容器、電極、電磁干擾屏蔽、印刷電晶體、記憶體、傳感器、大面積加熱器、電子設備及儲能系統。

本發明係關於包括CBO及rCBO材料之材料，及用於製造CBO及rCBO材料(例如，大規模)之方法。在一些實施例中，CBO材料包括氧化石墨(GO)或氧化石墨烯。在一些實施例中，rCBO材料包括還原氧化石墨(rGO)或還原氧化石墨烯。雖然此等工藝或方法可能在本文中主要在氧化石墨及還原氧化石墨之背景下進行描述，但該等方法可用於或適合於製造或合成任何CBO及/或rCBO。

在一些實施例中，石墨原料之特徵(例如，物理及化學性質)可能會影響氧化石墨之類型或品質。在一些實施例中，石墨原料可包括各種等級或純度(例如，如以例如石墨碳(C_g)重量百分比所量測之碳含量)、類型(例如，非晶質石墨(例如，60%-85%碳)、片狀石墨(例如，大於85%碳)或脈石墨(例如，大於90%碳))、尺寸(例如，粉目數尺寸(mesh size))、形狀(例如，大片狀、中等、片狀、粉末狀或球狀石墨)及來源(例如，合成或天然，諸如天然片狀石墨)。舉例而言，石墨之粉目數尺寸可能會影響所得氧化石墨。粉目數尺寸可轉換成其他維度之尺寸(例如，微米)。在本文其他地方提供石墨原料之其他實例。

在一些實施例中，石墨之等級以重量計為約1%至約100%。在一些實施例中，石墨之等級以重量計為至少約1%。在一些實施例中，石墨之等級以重量計為至多約100%。在一些實施例中，石墨之等級以重量計為約1%至約5%、約1%至約10%、約1%至約20%、約1%至約30%、約1%至約40%、約1%至約50%、約1%至約60%、約1%至約70%、約1%至約80%、約1%至約90%、約1%至約100%、約5%至約10%、約5%至約20%、約5%至約30%、約5%至約40%、約5%至約50%、約5%至約60%、約5%至約70%、約5%至約80%、約5%至約90%、約5%至約100%、約10%至約20%、約10%至約30%、約10%至約40%、約10%至約50%、約10%至約60%、約10%至約70%、約10%至約80%、約10%至約90%、約10%至約100%、約20%至約30%、約20%至約40%、約20%至約50%、約20%至約60%、約20%至約70%、約20%至約80%、約20%至約90%、約20%至約100%、約30%至約40%、約30%至約50%、約30%至約60%、約30%至約70%、約30%至約80%、約30%至約90%、約30%至約100%、約40%至約50%、約40%至約60%、約40%至約70%、約40%至約80%、約40%至約90%、約40%至約100%、約50%至約60%、約50%至約70%、約50%至約80%、約50%至約90%、約50%至約100%、約60%至約70%、約60%至約80%、約60%至約90%、約60%至約100%、約70%至約80%、約70%至約90%、約70%至約100%、約80%至約90%、約80%至約100%或約90%至約100%。在一些實施例中，石墨之等級以重量計為約1%、約5%、約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約90%或約100%。

在一些實施例中，石墨之碳含量以重量計為約1%至約100%。在一些實施例中，石墨之碳含量以重量計為至少約1%。在一些實施例中，石墨之碳含量以重量計為至多約100%。在一些實施例中，石墨之碳含量以重量計為約1%至約5%、約1%至約10%、約1%至約20%、約1%至約30%、約1%至約40%、約1%至約50%、約1%至約60%、約1%至約70%、約1%至約80%、約1%至約90%、約1%至約100%、約5%至約10%、約5%至約20%、約5%至約30%、約5%至約40%、約5%至約50%、約5%至約60%、約5%至約70%、約5%至約80%、約5%至約90%、約5%至約100%、約10%至約20%、約10%至約30%、約10%至約40%、約10%至約50%、約10%至約60%、約10%至約70%、約10%至約80%、約10%至約90%、約10%至約100%、約20%至約30%、約20%至約40%、約20%至約50%、約20%至約60%、約20%至約70%、約20%至約80%、約20%至約90%、約20%至約100%、約30%至約40%、約30%至約50%、約30%至約60%、約30%至約70%、約30%至約80%、約30%至約90%、約30%至約100%、約40%至約50%、約40%至約60%、約40%至約70%、約40%至約80%、約40%至約90%、約40%至約100%、約50%至約60%、約50%至約70%、約50%至約80%、約50%至約90%、約50%至約100%、約60%至約70%、約60%至約80%、約60%至約90%、約60%至約100%、約70%至約80%、約70%至約90%、約70%至約100%、約80%至約90%、約80%至約100%或約90%至約100%。在一些實施例中，石墨之碳含量以重量計為約1%、約5%、約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約90%或約100%。在一些實施例中，石墨之等級或碳含量小於約100%、99%、98%、97%、96%、95%、94%、93%、92%、91%、90%、85%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、15%、10%、5%、2%或1%(例如，以重量計)。

在一些實施例中，石墨之粉目數尺寸以重量計為約30至約500。在一些實施例中，石墨之粉目數尺寸以重量計為至少約30。在一些實施例中，石墨之粉目數尺寸以重量計為至多約500。在一些實施例中，石墨之粉目數尺寸以重量計為約30至約50、約30至約75、約30至約100、約30至約150、約30至約200、約30至約250、約30至約300、約30至約350、約30至約400、約30至約450、約30至約500、約50至約75、約50至約100、約50至約150、約50至約200、約50至約250、約50至約300、約50至約350、約50至約400、約50至約450、約50至約500、約75至約100、約75至約150、約75至約200、約75至約250、約75至約300、約75至約350、約75至約400、約75至約450、約75至約500、約100至約150、約100至約200、約100至約250、約100至約300、約100至約350、約100至約400、約100至約450、約100至約500、約150至約200、約150至約250、約150至約300、約150至約350、約150至約400、約150至約450、約150至約500、約200至約250、約200至約300、約200至約350、約200至約400、約200至約450、約200至約500、約250至約300、約250至約350、約250至約400、約250至約450、約250至約500、約300至約350、約300至約400、約300至約450、約300至約500、約350至約400、約350至約450、約350至約500、約400至約450、約400至約500或約450至約 500。在一些實施例中，石墨之粉目數尺寸以重量計為約30、約50、約75、約100、約150、約200、約250、約300、約350、約400、約450或約500。

在一些實施例中，H₂SO₄(例如，濃度介於約96% H₂SO₄與98% H₂SO₄之間)可以介於每10mL H₂SO₄約1g石墨與每50mL H₂SO₄約1g石墨之間的量提供。該方法可包括每1g石墨提供介於約10mL H₂SO₄與20mL H₂SO₄之間、介於10mL H₂SO₄與30mL H₂SO₄之間、介於10mL H₂SO₄與40mL H₂SO₄之間、介於10mL H₂SO₄與50mL H₂SO₄之間、介於20mL H₂SO₄與30mL H₂SO₄之間、介於20mL H₂SO₄與40mL H₂SO₄之間、介於20mL H₂SO₄與50mL H₂SO₄之間、介於30mL H₂SO₄與40mL H₂SO₄之間、介於30mL H₂SO₄與50mL H₂SO₄之間或介於40mL H₂SO₄與50mL H₂SO₄之間。方法可包括每1g石墨提供大於或等於約10mL H₂SO₄、20mL H₂SO₄、30mL H₂SO₄、40mL H₂SO₄或50mL H₂SO₄。方法可包括每1g石墨提供小於約75mL H₂SO₄、70mL H₂SO₄、60mL H₂SO₄、50mL H₂SO₄、40mL H₂SO₄、30mL H₂SO₄、20mL H₂SO₄或15mL H₂SO₄。

在一些實施例中，H₂SO₄(例如，濃度介於約96% H₂SO₄與98% H₂SO₄之間)可以介於每18.4g H₂SO₄約1g石墨與每92.0g H₂SO₄約1g石墨之間的量提供。方法可包括每1g石墨提供介於約18.4g H₂SO₄與30g H₂SO₄之間、介於18.4g H₂SO₄與40g H₂SO₄之間、介於18.4g H₂SO₄與50g H₂SO₄之間、介於18.4g H₂SO₄與60g H₂SO₄之間、介於18.4g H₂SO₄與70g H₂SO₄之間、介於18.4g H₂SO₄與80g H₂SO₄之間、介於18.4g H₂SO₄與92.0g H₂SO₄之間、介於30g H₂SO₄與40g H₂SO₄之間、介於30g H₂SO₄與50g H₂SO₄之間、介於30g H₂SO₄與60g H₂SO₄之間、介於30g H₂SO₄與70g H₂SO₄之間、介於 30g H₂SO₄與80g H₂SO₄之間、介於30g H₂SO₄與92.0g H₂SO₄之間、介於40g H₂SO₄與50g H₂SO₄之間、介於30g H₂SO₄與60g H₂SO₄之間、介於30g H₂SO₄與70g H₂SO₄之間、介於30g H₂SO₄與80g H₂SO₄之間、介於30g H₂SO₄與92.0g H₂SO₄之間、介於40g H₂SO₄與50g H₂SO₄之間、介於40g H₂SO₄與60g H₂SO₄之間、介於40g H₂SO₄與70g H₂SO₄之間、介於40g H₂SO₄與80g H₂SO₄之間、介於40g H₂SO₄與92.0g H₂SO₄之間、介於50g H₂SO₄與60g H₂SO₄之間、介於50g H₂SO₄與70g H₂SO₄之間、介於50g H₂SO₄與80g H₂SO₄之間、介於50g H₂SO₄與92.0g H₂SO₄之間、介於60g H₂SO₄與70g H₂SO₄之間、介於60g H₂SO₄與80g H₂SO₄之間、介於60g H₂SO₄與92.0g H₂SO₄之間、介於70g H₂SO₄與80g H₂SO₄之間、介於70g H₂SO₄與92.0g H₂SO₄之間、介於80g H₂SO₄與92.0g H₂SO₄之間。方法可包括每1g石墨提供大於或等於約18.4g H₂SO₄、20g H₂SO₄、25g H₂SO₄、30g H₂SO₄、35g H₂SO₄、40g H₂SO₄、45g H₂SO₄、50g H₂SO₄、55g H₂SO₄、60g H₂SO₄、65g H₂SO₄、70g H₂SO₄、75g H₂SO₄、80g H₂SO₄、85g H₂SO₄、90g H₂SO₄或92.0g H₂SO₄。方法可包括每1g石墨提供小於約140g H₂SO₄、130g H₂SO₄、120g H₂SO₄、110g H₂SO₄、100g H₂SO₄、95g H₂SO₄、90g H₂SO₄、80g H₂SO₄、70g H₂SO₄、60g H₂SO₄、50g H₂SO₄、40g H₂SO₄、30g H₂SO₄或20g H₂SO₄。

在一些實施例中，KMnO₄可以介於約1g石墨：2g KMnO₄與每6g KMnO₄約1g石墨之間的量提供。方法可包括每1g石墨提供介於約1g KMnO₄與2g KMnO₄之間、介於1g KMnO₄與3g KMnO₄之間、介於1g KMnO₄與4g KMnO₄之間、介於1g KMnO₄與5g KMnO₄之間、介於1g KMnO₄與6g KMnO₄之間、介於2g KMnO₄與3g KMnO₄之間、介於2g KMnO₄ 與4g KMnO₄之間、介於2g KMnO₄與5g KMnO₄之間、介於2g KMnO₄與6g KMnO₄之間、介於3g KMnO₄與4g KMnO₄之間、介於3g KMnO₄與5g KMnO₄之間、介於3g KMnO₄與6g KMnO₄之間、介於4g KMnO₄與5g KMnO₄之間、介於4g KMnO₄與6g KMnO₄之間或介於5g KMnO₄及6g KMnO₄之間。方法可包括每1g石墨提供大於或等於約1g KMnO₄、2g KMnO₄、3g KMnO₄、4g KMnO₄、5g KMnO₄或6g KMnO₄。方法可包括每1g石墨提供小於約9g KMnO₄、8g KMnO₄、7g KMnO₄、6g KMnO₄、5g KMnO₄、4g KMnO₄、3g KMnO₄或2g KMnO₄。

在一些實施例中，H₂O₂可以每1mol KMnO₄至少約1mol H₂O₂之量提供。方法可包括每1mol KMnO₄提供介於約1mol H₂O₂與1.1mol H₂O₂之間、介於1mol H₂O₂與1.2mol H₂O₂之間、介於1mol H₂O₂與1.3mol H₂O₂之間、介於1mol H₂O₂與1.4mol H₂O₂之間或介於1mol H₂O₂與1.5mol H₂O₂之間。方法可包括每1mol KMnO₄提供大於或等於約1mol H₂O₂、1.1mol H₂O₂、1.2mol H₂O₂、1.3mol H₂O₂、1.4mol H₂O₂或1.5mol H₂O₂。方法可包括每1mol KMnO₄提供小於約1.5mol H₂O₂、1.4mol H₂O₂、1.3mol H₂O₂、1.2mol H₂O₂或1.1mol H₂O₂。

在一些實施例中，冰可以介於約1g H₂SO₄：0g冰與約1g H₂SO₄：1.09g冰之間、介於約1g H₂SO₄：1.09g冰與約1g H₂SO₄：1.63g冰之間或介於約1g H₂SO₄：0g冰與約1g H₂SO₄：1.63g冰之間的量提供。方法可包括每1g H₂SO₄提供介於約0g冰與0.4g冰之間、介於0g冰與0.8g冰之間、介於0g冰與1.2g冰之間、介於0g冰與1.63g冰之間、介於0.4g冰與0.8g冰之間、介於0.4g冰與1.2g冰之間、介於0.4g冰與1.63g冰之間、介於 0.8g冰與1.2g冰之間、介於0.8g冰與1.63g冰之間或介於1.2g冰與1.63g冰之間。方法可包括每1g H₂SO₄提供大於或等於約0g冰、0.2g冰、0.4g冰、0.6g冰、0.8g冰、1.09g冰、1.2g冰、1.4g冰或1.63g冰。方法可包括每1g H₂SO₄提供小於約2.4g冰、2.2g冰、2.0g冰、1.8g冰、1.63g冰、1.4g冰、1.2g冰、1.09g冰、0.8g冰、0.6g冰、0.4g冰、0.2g冰或0.1g冰。

在一些實施例中，冰可以介於約1mL H₂SO₄：0g冰與約1mL H₂SO₄：2g冰之間、介於約1mL H₂SO₄：2g冰與約1mL H₂SO₄：3g冰之間或介於約1mL H₂SO₄：0g冰與約1mL H₂SO₄：3g冰之間的量提供。方法可包括每1mL H₂SO₄提供介於約0g冰與1g冰之間、介於0g冰與2g冰之間、介於0g冰與3g冰之間、介於1g冰與2g冰之間、介於1g冰與3g冰之間或介於2g冰與3g冰之間。方法可包括每1mL H₂SO₄提供大於或等於約0g冰、0.2g冰、0.4g冰、0.6g冰、0.8g冰、1g冰、1.2g冰、1.4g冰、1.6g冰、1.8g冰、2g冰、2.2g冰、2.4g冰、2.6g冰、2.8g冰或3g冰。方法可包括每1mL H₂SO₄提供小於約4.5g冰、4g冰、3.5g冰、3g冰、2.5g冰、2g冰、1.5g冰、1g冰、0.5g冰、0.25g冰或0.1g冰。

在一些實施例中，離子導電率(例如，對於圖2中之方法而言)可介於約10微西門子/公分(μS/cm)與20μS/cm之間、介於10μS/cm與30μS/cm之間、介於10μS/cm與40μS/cm之間、介於10μS/cm與50μS/cm之間、介於20μS/cm與30μS/cm之間、介於20μS/cm與40μS/cm之間、介於20μS/cm與50μS/cm之間、介於30μS/cm與40μS/cm之間、介於30μS/cm與50μS/cm之間或介於40μS/cm與50μS/cm之間。在一些實施例中，離子導電率(例如，對於圖2中之方法而言)可小於及等於約50μS/cm、40μS/cm、30μS/cm、20μS/cm或10μS/cm。在一些實施例中，可比基於赫默斯之方法(Hummers-based method)快至少約2、3、4、5、6、7、8、9或10倍來實現特定純度或等級。在一些實施例中，可比基於赫默斯之方法快約2至5、2至8或5至8倍來實現特定純度或等級。在一些情況下，純度或等級可以前面所提及之較快的速率來達到，因為基於赫默斯之方法需要洗去鹽酸，因此較慢地達到特定純度或等級。本發明之還原氧化石墨(例如，石墨烯或ICCN)合成方法可用於形成(例如，由根據本發明所製造之氧化石墨)具有特定純度或等級(例如，最小純度或等級)之還原氧化石墨(例如，石墨烯或ICCN)。在一些實施例中，rCBO(例如，還原氧化石墨)之純度或等級可為至少約90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%或99.9%碳(例如，以重量計)。在其他實施例中，rCBO之純度或等級以重量計介於至少90%與95%之間及介於至少95%與99.9%之間。

本文中所述之一個實施例係一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：形成包含石墨及酸之第一溶液；使該第一溶液冷卻至第一溫度；將第一氧化劑添加至第一溶液中以形成第二溶液；及使該第二溶液驟冷至第二溫度以形成碳基氧化物材料。

在一些實施例中，石墨包括石墨粉、片狀石墨、碾磨石墨、膨脹石墨、非晶質石墨、脈石墨或其任何組合。

在一些實施例中，石墨之碳含量以重量計為約1%至約100%。在一些實施例中，石墨之碳含量以重量計為至少約1%。在一些實施例中，石墨之碳含量以重量計為至多約100%。在一些實施例中，石墨之碳含量以重量計為約1%至約2%、約1%至約5%、約1%至約10%、約1%至約20%、約1%至約30%、約1%至約40%、約1%至約50%、約1%至約60%、約1%至約80%、約1%至約99%、約1%至約100%、約2%至約5%、約2%至約10%、約2%至約20%、約2%至約30%、約2%至約40%、約2%至約50%、約2%至約60%、約2%至約80%、約2%至約99%、約2%至約100%、約5%至約10%、約5%至約20%、約5%至約30%、約5%至約40%、約5%至約50%、約5%至約60%、約5%至約80%、約5%至約99%、約5%至約100%、約10%至約20%、約10%至約30%、約10%至約40%、約10%至約50%、約10%至約60%、約10%至約80%、約10%至約99%、約10%至約100%、約20%至約30%、約20%至約40%、約20%至約50%、約20%至約60%、約20%至約80%、約20%至約99%、約20%至約100%、約30%至約40%、約30%至約50%、約30%至約60%、約30%至約80%、約30%至約99%、約30%至約100%、約40%至約50%、約40%至約60%、約40%至約80%、約40%至約99%、約40%至約100%、約50%至約60%、約50%至約80%、約50%至約99%、約50%至約100%、約60%至約80%、約60%至約99%、約60%至約100%、約80%至約99%、約80%至約100%或約99%至約100%。在一些實施例中，石墨之碳含量以重量計為約1%、約2%、約5%、約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約80%、約99%或約100%。

在一些實施例中，石墨之離子導電率為約1μS/cm至約100μS/cm。在一些實施例中，石墨之離子導電率為至少約1μS/cm。在一些實施例中，石墨之離子導電率為至多約100μS/cm。在一些實施例中，石墨之離子導電率為約1μS/cm至約2μS/cm、約1μS/cm至約5μS/cm、約1μS/cm至約10μS/cm、約1μS/cm至約20μS/cm、約1μS/cm至約30μS/cm、約1μS/cm至約40μS/cm、約1μS/cm至約50μS/cm、約1μS/cm至約60μS/cm、約1μS/cm至約80μS/cm、約1μS/cm至約99μS/cm、約1μS/cm至約100μS/cm、約2μS/cm至約5μS/cm、約2μS/cm至約10μS/cm、約2μS/cm至約20μS/cm、約2μS/cm至約30μS/cm、約2μS/cm至約40μS/cm、約2μS/cm至約50μS/cm、約2μS/cm至約60μS/cm、約2μS/cm至約80μS/cm、約2μS/cm至約99μS/cm、約2μS/cm至約100μS/cm、約5μS/cm至約10μS/cm、約5μS/cm至約20μS/cm、約5μS/cm至約30μS/cm、約5μS/cm至約40μS/cm、約5μS/cm至約50μS/cm、約5μS/cm至約60μS/cm、約5μS/cm至約80μS/cm、約5μS/cm至約99μS/cm、約5μS/cm至約100μS/cm、約10μS/cm至約20μS/cm、約10μS/cm至約30μS/cm、約10μS/cm至約40μS/cm、約10μS/cm至約50μS/cm、約10μS/cm至約60μS/cm、約10μS/cm至約80μS/cm、約10μS/cm至約99μS/cm、約10μS/cm至約100μS/cm、約20μS/cm至約30μS/cm、約20μS/cm至約40μS/cm、約20μS/cm至約50μS/cm、約20μS/cm至約60μS/cm、約20μS/cm至約80μS/cm、約20μS/cm至約99μS/cm、約20μS/cm至約100μS/cm、約30μS/cm至約40μS/cm、約30μS/cm至約50μS/cm、約30μS/cm至約60μS/cm、約30μS/cm至約80μS/cm、約30μS/cm至約99μS/cm、約30μS/cm至約100μS/cm、約40μS/cm至約50μS/cm、約40μS/cm至約60μS/cm、約40μS/cm至約80μS/cm、約40μS/cm至約99μS/cm、約40μS/cm至約100μS/cm、約50μS/cm至約60μS/cm、約50μS/cm至約80μS/cm、約50μS/cm至約99μS/cm、約50μS/cm至約100μS/cm、約60μS/cm至約80μS/cm、約60μS/cm至約99μS/cm、約60μS/cm至約100μS/cm、約80μS/cm至約99μS/cm、約 80μS/cm至約100μS/cm或約99μS/cm至約100μS/cm。在一些實施例中，石墨之離子導電率為約1μS/cm、約2μS/cm、約5μS/cm、約10μS/cm、約20μS/cm、約30μS/cm、約40μS/cm、約50μS/cm、約60μS/cm、約80μS/cm、約99μS/cm或約100μS/cm。在一些實施例中，石墨之離子導電率為至少約1μS/cm、至少約2μS/cm、至少約5μS/cm、至少約10μS/cm、至少約20μS/cm、至少約30μS/cm、至少約40μS/cm、至少約50μS/cm、至少約60μS/cm、至少約80μS/cm、至少約99μS/cm或至少約100μS/cm。

在一些實施例中，第一氧化劑之質量為石墨之質量的約-200至約200倍。在一些實施例中，第一氧化劑之質量為石墨之質量的至少約-200倍。在一些實施例中，第一氧化劑之質量為石墨之質量的至多約200倍。在一些實施例中，第一氧化劑之質量為石墨之質量的約-200至約-150、約-200至約-100、約-200至約-50、約-200至約0、約-200至約50、約-200至約100、約-200至約150、約-200至約200、約-150至約-100、約-150至約-50、約-150至約0、約-150至約50、約-150至約100、約-150至約150、約-150至約200、約-100至約-50、約-100至約0、約-100至約50、約-100至約100、約-100至約150、約-100至約200、約-50至約0、約-50至約50、約-50至約100、約-50至約150、約-50至約200、約0至約50、約0至約100、約0至約150、約0至約200、約50至約100、約50至約150、約50至約200、約100至約150、約100至約200或約150至約200倍。在一些實施例中，第一氧化劑之質量為石墨之質量的約-200、約-150、約-100、約-50、約0、約50、約100、約150或約200倍。

在一些實施例中，該酸包含強酸。在一些實施例中，該強酸包含高氯酸、氫碘酸、氫溴酸、鹽酸、硫酸、對甲苯磺酸、甲烷磺酸或其任何組合。

在一些實施例中，酸之質量為石墨之質量的約30至約80倍。在一些實施例中，酸之質量為石墨之質量的至少約30倍。在一些實施例中，酸之質量為石墨之質量的至多約80倍。在一些實施例中，酸之質量為石墨之質量的約30至約35、約30至約40、約30至約45、約30至約50、約30至約55、約30至約60、約30至約65、約30至約70、約30至約75、約30至約80、約35至約40、約35至約45、約35至約50、約35至約55、約35至約60、約35至約65、約35至約70、約35至約75、約35至約80、約40至約45、約40至約50、約40至約55、約40至約60、約40至約65、約40至約70、約40至約75、約40至約80、約45至約50、約45至約55、約45至約60、約45至約65、約45至約70、約45至約75、約45至約80、約50至約55、約50至約60、約50至約65、約50至約70、約50至約75、約50至約80、約55至約60、約55至約65、約55至約70、約55至約75、約55至約80、約60至約65、約60至約70、約60至約75、約60至約80、約65至約70、約65至約75、約65至約80、約70至約75、約70至約80或約75至約80倍。在一些實施例中，酸之質量為石墨之質量的約30、約35、約40、約45、約50、約55、約60、約65、約70、約75或約80倍。

在一些實施例中，酸之濃度為約90%至約99%。在一些實施例中，酸之濃度為至少約90%。在一些實施例中，酸之濃度為至多約99%。在一些實施例中，酸之濃度為約90%至約91%、約90%至約92%、約90%至約93%、約90%至約94%、約90%至約95%、約90%至約96%、約90%至約97%、約90%至約98%、約90%至約99%、約91%至約92%、約91%至約93%、約91%至約94%、約91%至約95%、約91%至約96%、約91%至約97%、約91%至約98%、約91%至約99%、約92%至約93%、約92%至約94%、約92%至約95%、約92%至約96%、約92%至約97%、約92%至約98%、約92%至約99%、約93%至約94%、約93%至約95%、約93%至約96%、約93%至約97%、約93%至約98%、約93%至約99%、約94%至約95%、約94%至約96%、約94%至約97%、約94%至約98%、約94%至約99%、約95%至約96%、約95%至約97%、約95%至約98%、約95%至約99%、約96%至約97%、約96%至約98%、約96%至約99%、約97%至約98%、約97%至約99%或約98%至約99%。在一些實施例中，酸之濃度為約90%、約91%、約92%、約93%、約94%、約95%、約96%、約97%、約98%或約99%。

在一些實施例中，第一溫度為約-20℃至約30℃。在一些實施例中，第一溫度為至少約-20℃。在一些實施例中，第一溫度為至多約30℃。在一些實施例中，第一溫度為至多約25℃。在一些實施例中，第一溫度為至多約20℃。在一些實施例中，第一溫度為至多約15℃。在一些實施例中，第一溫度為約-20℃至約-15℃、約-20℃至約-5℃、約-20℃至約-10℃、約-20℃至約0℃、約-20℃至約5℃、約-20℃至約10℃、約-20℃至約15℃、約-20℃至約20℃、約-20℃至約25℃、約-20℃至約30℃、約-15℃至約-5℃、約-15℃至約-10℃、約-15℃至約0℃、約-15℃至約5℃、約-15℃至約10℃、約-15℃至約15℃、約-15℃至約20℃、約-15℃至約25℃、約-15℃至約30℃、約-5℃至約-10℃、約-5℃至約0℃、約-5℃至約5℃、約-5℃至約10℃、約-5℃至約15℃、約-5℃至約20℃、約-5℃至約25℃、約-5℃至約 30℃、約-10℃至約0℃、約-10℃至約5℃、約-10℃至約10℃、約-10℃至約15℃、約-10℃至約20℃、約-10℃至約25℃、約-10℃至約30℃、約0℃至約5℃、約0℃至約10℃、約0℃至約15℃、約0℃至約20℃、約0℃至約25℃、約0℃至約30℃、約5℃至約10℃、約5℃至約15℃、約5℃至約20℃、約5℃至約25℃、約5℃至約30℃、約10℃至約15℃、約10℃至約20℃、約10℃至約25℃、約10℃至約30℃、約15℃至約20℃、約15℃至約25℃、約15℃至約30℃、約20℃至約25℃、約20℃至約30℃或約25℃至約30℃。在一些實施例中，第一溫度為約-20℃、約-15℃、約-5℃、約-10℃、約0℃、約5℃、約10℃、約15℃、約20℃、約25℃或約30℃。

在一些實施例中，使第一溶液冷卻至第一溫度。在一些實施例中，藉由冰浴、水浴、一或多個冷卻旋管、冰、水或其任何組合使第一溶液冷卻至第一溫度。

在一些實施例中，第一氧化劑包括氧氣、臭氧、過氧化氫、螢石二氧化物、過氧化鋰、過氧化鋇、氟氣、氯氣、硝酸、硝酸鹽化合物、硫酸、過氧二硫酸、過氧單硫酸、亞氯酸鹽、氯酸鹽、過氯酸鹽、鹵素化合物次氯酸鹽、次鹵酸鹽化合物、家用漂白劑、六價鉻化合物、鉻酸、重鉻酸、三氧化鉻、氯鉻酸吡啶鹽、鉻酸鹽化合物、重鉻酸鹽化合物、過錳酸鹽化合物、過錳酸鉀、過硼酸鈉、一氧化氮、硝酸鉀、鉍酸鈉或其任何組合。

在一些實施例中，第一氧化劑之質量為石墨之質量的約1.5至約12倍。在一些實施例中，第一氧化劑之質量為石墨之質量的至少約1.5倍。在一些實施例中，第一氧化劑之質量為石墨之質量的至多約12倍。在一些實施例中，第一氧化劑之質量為石墨之質量的約1.5至約2、約1.5至約3、約1.5至約4、約1.5至約5、約1.5至約6、約1.5至約7、約1.5至約8、約1.5至約9、約1.5至約10、約1.5至約11、約1.5至約12、約2至約3、約2至約4、約2至約5、約2至約6、約2至約7、約2至約8、約2至約9、約2至約10、約2至約11、約2至約12、約3至約4、約3至約5、約3至約6、約3至約7、約3至約8、約3至約9、約3至約10、約3至約11、約3至約12、約4至約5、約4至約6、約4至約7、約4至約8、約4至約9、約4至約10、約4至約11、約4至約12、約5至約6、約5至約7、約5至約8、約5至約9、約5至約10、約5至約11、約5至約12、約6至約7、約6至約8、約6至約9、約6至約10、約6至約11、約6至約12、約7至約8、約7至約9、約7至約10、約7至約11、約7至約12、約8至約9、約8至約10、約8至約11、約8至約12、約9至約10、約9至約11、約9至約12、約10至約11、約10至約12或約11至約12倍。在一些實施例中，第一氧化劑之質量為石墨之質量的約1.5、約2、約3、約4、約5、約6、約7、約8、約9、約10、約11或約12倍。

在一些實施例中，經約15分鐘至約180分鐘之時間段將第一氧化劑添加至第一溶液中。在一些實施例中，經至少約15分鐘之時間段將第一氧化劑添加至第一溶液中。在一些實施例中，經至多約180分鐘之時間段將第一氧化劑添加至第一溶液中。在一些實施例中，經約15分鐘至約30分鐘、約15分鐘至約45分鐘、約15分鐘至約60分鐘、約15分鐘至約75分鐘、約15分鐘至約90分鐘、約15分鐘至約105分鐘、約15分鐘至約120分鐘、約15分鐘至約135分鐘、約15分鐘至約150分鐘、約15 分鐘至約180分鐘、約30分鐘至約45分鐘、約30分鐘至約60分鐘、約30分鐘至約75分鐘、約30分鐘至約90分鐘、約30分鐘至約105分鐘、約30分鐘至約120分鐘、約30分鐘至約135分鐘、約30分鐘至約150分鐘、約30分鐘至約180分鐘、約45分鐘至約60分鐘、約45分鐘至約75分鐘、約45分鐘至約90分鐘、約45分鐘至約105分鐘、約45分鐘至約120分鐘、約45分鐘至約135分鐘、約45分鐘至約150分鐘、約45分鐘至約180分鐘、約60分鐘至約75分鐘、約60分鐘至約90分鐘、約60分鐘至約105分鐘、約60分鐘至約120分鐘、約60分鐘至約135分鐘、約60分鐘至約150分鐘、約60分鐘至約180分鐘、約75分鐘至約90分鐘、約75分鐘至約105分鐘、約75分鐘至約120分鐘、約75分鐘至約135分鐘、約75分鐘至約150分鐘、約75分鐘至約180分鐘、約90分鐘至約105分鐘、約90分鐘至約120分鐘、約90分鐘至約135分鐘、約90分鐘至約150分鐘、約90分鐘至約180分鐘、約105分鐘至約120分鐘、約105分鐘至約135分鐘、約105分鐘至約150分鐘、約105分鐘至約180分鐘、約120分鐘至約135分鐘、約120分鐘至約150分鐘、約120分鐘至約180分鐘、約135分鐘至約150分鐘、約135分鐘至約180分鐘或約150分鐘至約180分鐘之時間段將第一氧化劑添加至第一溶液中。在一些實施例中，經約15分鐘、約30分鐘、約45分鐘、約60分鐘、約75分鐘、約90分鐘、約105分鐘、約120分鐘、約135分鐘、約150分鐘或約180分鐘之時間段將第一氧化劑添加至第一溶液中。在一些實施例中，經至少約15分鐘、至少約30分鐘、至少約45分鐘、至少約60分鐘、至少約75分鐘、至少約90分鐘、至少約105分鐘、至少約120分鐘、至少約135分鐘、至少約150分鐘或至少約180分鐘之時間段將第一氧化劑添加至第一溶液中。在一些實施例中，經至多約15分鐘、至多約30分鐘、至多約45分鐘、至多約60分鐘、至多約75分鐘、至多約90分鐘、至多約105分鐘、至多約120分鐘、至多約135分鐘、至多約150分鐘或至多約180分鐘之時間段將第一氧化劑添加至第一溶液中。

在一些實施例中，在第一氧化劑之添加期間第二溶液之溫度小於約30℃，小於約27℃，小於約24℃，小於約21℃，小於約18℃，小於約15℃，或小於約12℃。

一些實施例進一步包括經第一時間段使第二溶液在第三溫度下反應。

在一些實施例中，第三溫度為約10℃至約70℃。在一些實施例中，第三溫度為至少約10℃。在一些實施例中，第三溫度為至多約70℃。在一些實施例中，第三溫度為約10℃至約15℃、約10℃至約20℃、約10℃至約25℃、約10℃至約30℃、約10℃至約35℃、約10℃至約40℃、約10℃至約45℃、約10℃至約50℃、約10℃至約55℃、約10℃至約60℃、約10℃至約70℃、約15℃至約20℃、約15℃至約25℃、約15℃至約30℃、約15℃至約35℃、約15℃至約40℃、約15℃至約45℃、約15℃至約50℃、約15℃至約55℃、約15℃至約60℃、約15℃至約70℃、約20℃至約25℃、約20℃至約30℃、約20℃至約35℃、約20℃至約40℃、約20℃至約45℃、約20℃至約50℃、約20℃至約55℃、約20℃至約60℃、約20℃至約70℃、約25℃至約30℃、約25℃至約35℃、約25℃至約40℃、約25℃至約45℃、約25℃至約50℃、約25℃至約55℃、約25℃至約60℃、約25℃至約70℃、約30℃至約35℃、約30℃至約40℃、約30℃至約45℃、約30℃至約50℃、約30℃至約55℃、約30℃至約60℃、約30℃至約70℃、約35℃至約40℃、約35℃至約45℃、約35℃至約50℃、約35℃至約55℃、約35℃至約60℃、約35℃至約70℃、約40℃至約45℃、約40℃至約50℃、約40℃至約55℃、約40℃至約60℃、約40℃至約70℃、約45℃至約50℃、約45℃至約55℃、約45℃至約60℃、約45℃至約70℃、約50℃至約55℃、約50℃至約60℃、約50℃至約70℃、約55℃至約60℃、約55℃至約70℃或約60℃至約70℃。在一些實施例中，第三溫度為約10℃、約15℃、約20℃、約25℃、約30℃、約35℃、約40℃、約45℃、約50℃、約55℃、約60℃或約70℃。在一些實施例中，第三溫度為至多約10℃、至多約15℃、至多約20℃、至多約25℃、至多約30℃、至多約35℃、至多約40℃、至多約45℃、至多約50℃、至多約55℃、至多約60℃或至多約70℃。

在一些實施例中，第一時間段為約15分鐘至約120分鐘。在一些實施例中，第一時間段為至少約15分鐘。在一些實施例中，第一時間段為至多約120分鐘。在一些實施例中，第一時間段為約15分鐘至約30分鐘、約15分鐘至約45分鐘、約15分鐘至約60分鐘、約15分鐘至約75分鐘、約15分鐘至約90分鐘、約15分鐘至約120分鐘、約30分鐘至約45分鐘、約30分鐘至約60分鐘、約30分鐘至約75分鐘、約30分鐘至約90分鐘、約30分鐘至約120分鐘、約45分鐘至約60分鐘、約45分鐘至約75分鐘、約45分鐘至約90分鐘、約45分鐘至約120分鐘、約60分鐘至約75分鐘、約60分鐘至約90分鐘、約60分鐘至約120分鐘、約75分鐘至約90分鐘、約75分鐘至約120分鐘或約90分鐘至約120分鐘。在一些實施例中，第一時間段為約15分鐘、約30分鐘、約45分鐘、約60分鐘、約75分鐘、約90分鐘或約120分鐘。

在一些實施例中，使第二溶液驟冷至第二溫度。在一些實施例中，藉由冰浴、水浴、一或多個冷卻旋管、冰、水或其任何組合使第二溶液驟冷至第二溫度。在一些實施例中，使第二溶液驟冷進一步包含將第二氧化劑添加至第二溶液中。

在一些實施例中，第二溫度為約25℃至約75℃。在一些實施例中，第二溫度為至少約25℃。在一些實施例中，第二溫度為至多約75℃。在一些實施例中，第二溫度為約25℃至約30℃、約25℃至約35℃、約25℃至約40℃、約25℃至約45℃、約25℃至約50℃、約25℃至約55℃、約25℃至約60℃、約25℃至約65℃、約25℃至約70℃、約25℃至約75℃、約30℃至約35℃、約30℃至約40℃、約30℃至約45℃、約30℃至約50℃、約30℃至約55℃、約30℃至約60℃、約30℃至約65℃、約30℃至約70℃、約30℃至約75℃、約35℃至約40℃、約35℃至約45℃、約35℃至約50℃、約35℃至約55℃、約35℃至約60℃、約35℃至約65℃、約35℃至約70℃、約35℃至約75℃、約40℃至約45℃、約40℃至約50℃、約40℃至約55℃、約40℃至約60℃、約40℃至約65℃、約40℃至約70℃、約40℃至約75℃、約45℃至約50℃、約45℃至約55℃、約45℃至約60℃、約45℃至約65℃、約45℃至約70℃、約45℃至約75℃、約50℃至約55℃、約50℃至約60℃、約50℃至約65℃、約50℃至約70℃、約50℃至約75℃、約55℃至約60℃、約55℃至約65℃、約55℃至約70℃、約55℃至約75℃、約60℃至約65℃、約60℃至約70℃、約60℃至約75℃、約65℃至約70℃、約65℃至約75℃或約70℃至約75℃。在一些實施例中，第二溫度為約25℃、約30℃、約 35℃、約40℃、約45℃、約50℃、約55℃、約60℃、約65℃、約70℃或約75℃。在一些實施例中，第二溫度為至多約25℃、至多約30℃、至多約35℃、至多約40℃、至多約45℃、至多約50℃、至多約55℃、至多約60℃、至多約65℃、至多約70℃或至多約75℃。

在一些實施例中，經約30分鐘至約120分鐘之時間段使第二溶液驟冷。在一些實施例中，經至少約30分鐘之時間段使第二溶液驟冷。在一些實施例中，經至多約120分鐘之時間段使第二溶液驟冷。在一些實施例中，經約30分鐘至約40分鐘、約30分鐘至約50分鐘、約30分鐘至約60分鐘、約30分鐘至約70分鐘、約30分鐘至約80分鐘、約30分鐘至約90分鐘、約30分鐘至約100分鐘、約30分鐘至約110分鐘、約30分鐘至約120分鐘、約40分鐘至約50分鐘、約40分鐘至約60分鐘、約40分鐘至約70分鐘、約40分鐘至約80分鐘、約40分鐘至約90分鐘、約40分鐘至約100分鐘、約40分鐘至約110分鐘、約40分鐘至約120分鐘、約50分鐘至約60分鐘、約50分鐘至約70分鐘、約50分鐘至約80分鐘、約50分鐘至約90分鐘、約50分鐘至約100分鐘、約50分鐘至約110分鐘、約50分鐘至約120分鐘、約60分鐘至約70分鐘、約60分鐘至約80分鐘、約60分鐘至約90分鐘、約60分鐘至約100分鐘、約60分鐘至約110分鐘、約60分鐘至約120分鐘、約70分鐘至約80分鐘、約70分鐘至約90分鐘、約70分鐘至約100分鐘、約70分鐘至約110分鐘、約70分鐘至約120分鐘、約80分鐘至約90分鐘、約80分鐘至約100分鐘、約80分鐘至約110分鐘、約80分鐘至約120分鐘、約90分鐘至約100分鐘、約90分鐘至約110分鐘、約90分鐘至約120分鐘、約100分鐘至約110分鐘、約100分鐘至約120分鐘或約110分鐘至約120分鐘之時間段使第二溶液驟冷。在一些實施例中，經約30分鐘、約40分鐘、約50分鐘、約60分鐘、約70分鐘、約80分鐘、約90分鐘、約100分鐘、約110分鐘或約120分鐘之時間段使第二溶液驟冷。

在一些實施例中，第二氧化劑包括氧氣、臭氧、過氧化氫、螢石二氧化物、過氧化鋰、過氧化鋇、氟氣、氯氣、硝酸、硝酸鹽化合物、硫酸、過氧二硫酸、過氧單硫酸、亞氯酸鹽、氯酸鹽、過氯酸鹽、鹵素化合物次氯酸鹽、次鹵酸鹽化合物、家用漂白劑、六價鉻化合物、鉻酸、重鉻酸、三氧化鉻、氯鉻酸吡啶鹽、鉻酸鹽化合物、重鉻酸鹽化合物、過錳酸鹽化合物、過錳酸鉀、過硼酸鈉、一氧化氮、硝酸鉀、鉍酸鈉或其任何組合。

在一些實施例中，第二氧化劑之質量為石墨之質量的約1.5至約6倍。在一些實施例中，第二氧化劑之質量為石墨之質量的至少約1.5倍。在一些實施例中，第二氧化劑之質量為石墨之質量的至多約6倍。在一些實施例中，第二氧化劑之質量為石墨之質量的約1.5至約2、約1.5至約2.5、約1.5至約3、約1.5至約3.5、約1.5至約4、約1.5至約4.5、約1.5至約5、約1.5至約5.5、約1.5至約6、約2至約2.5、約2至約3、約2至約3.5、約2至約4、約2至約4.5、約2至約5、約2至約5.5、約2至約6、約2.5至約3、約2.5至約3.5、約2.5至約4、約2.5至約4.5、約2.5至約5、約2.5至約5.5、約2.5至約6、約3至約3.5、約3至約4、約3至約4.5、約3至約5、約3至約5.5、約3至約6、約3.5至約4、約3.5至約4.5、約3.5至約5、約3.5至約5.5、約3.5至約6、約4至約4.5、約4至約5、約4 至約5.5、約4至約6、約4.5至約5、約4.5至約5.5、約4.5至約6、約5至約5.5、約5至約6或約5.5至約6倍。在一些實施例中，第二氧化劑之質量為石墨之質量的約1.5、約2、約2.5、約3、約3.5、約4、約4.5、約5、約5.5或約6倍。

一些實施例進一步包括攪動第一溶液及第二溶液(歷時一段時間)以及碳基氧化物材料中之至少一者。

在一些實施例中，攪動進行約45分鐘至約360分鐘之時間段。在一些實施例中，攪動進行至少約45分鐘之時間段。在一些實施例中，攪動進行至多約360分鐘之時間段。在一些實施例中，攪動進行約45分鐘至約60分鐘、約45分鐘至約75分鐘、約45分鐘至約90分鐘、約45分鐘至約120分鐘、約45分鐘至約150分鐘、約45分鐘至約180分鐘、約45分鐘至約210分鐘、約45分鐘至約240分鐘、約45分鐘至約280分鐘、約45分鐘至約320分鐘、約45分鐘至約360分鐘、約60分鐘至約75分鐘、約60分鐘至約90分鐘、約60分鐘至約120分鐘、約60分鐘至約150分鐘、約60分鐘至約180分鐘、約60分鐘至約210分鐘、約60分鐘至約240分鐘、約60分鐘至約280分鐘、約60分鐘至約320分鐘、約60分鐘至約360分鐘、約75分鐘至約90分鐘、約75分鐘至約120分鐘、約75分鐘至約150分鐘、約75分鐘至約180分鐘、約75分鐘至約210分鐘、約75分鐘至約240分鐘、約75分鐘至約280分鐘、約75分鐘至約320分鐘、約75分鐘至約360分鐘、約90分鐘至約120分鐘、約90分鐘至約150分鐘、約90分鐘至約180分鐘、約90分鐘至約210分鐘、約90分鐘至約240分鐘、約90分鐘至約280分鐘、約90分鐘至約320分鐘、約90分鐘至約360分鐘、約 120分鐘至約150分鐘、約120分鐘至約180分鐘、約120分鐘至約210分鐘、約120分鐘至約240分鐘、約120分鐘至約280分鐘、約120分鐘至約320分鐘、約120分鐘至約360分鐘、約150分鐘至約180分鐘、約150分鐘至約210分鐘、約150分鐘至約240分鐘、約150分鐘至約280分鐘、約150分鐘至約320分鐘、約150分鐘至約360分鐘、約180分鐘至約210分鐘、約180分鐘至約240分鐘、約180分鐘至約280分鐘、約180分鐘至約320分鐘、約180分鐘至約360分鐘、約210分鐘至約240分鐘、約210分鐘至約280分鐘、約210分鐘至約320分鐘、約210分鐘至約360分鐘、約240分鐘至約280分鐘、約240分鐘至約320分鐘、約240分鐘至約360分鐘、約280分鐘至約320分鐘、約280分鐘至約360分鐘或約320分鐘至約360分鐘之時間段。在一些實施例中，攪動進行約45分鐘、約60分鐘、約75分鐘、約90分鐘、約120分鐘、約150分鐘、約180分鐘、約210分鐘、約240分鐘、約280分鐘、約320分鐘或約360分鐘之時間段。

在一些實施例中，在約10rpm至約300rpm之攪拌速率下進行攪動。在一些實施例中，在至少約10rpm之攪拌速率下進行攪動。在一些實施例中，在至多約300rpm之攪拌速率下進行攪動。在一些實施例中，在約10rpm至約20rpm、約10rpm至約50rpm、約10rpm至約75rpm、約10rpm至約100rpm、約10rpm至約125rpm、約10rpm至約150rpm、約10rpm至約200rpm、約10rpm至約250rpm、約10rpm至約300rpm、約20rpm至約50rpm、約20rpm至約75rpm、約20rpm至約100rpm、約20rpm至約125rpm、約20rpm至約150rpm、約20rpm至約200rpm、約20rpm至約250rpm、約20rpm至約300rpm、約50rpm至約75rpm、約50rpm至約100rpm、約50rpm至約125rpm、約50rpm至約150rpm、約50rpm至約200rpm、約50rpm至約250rpm、約50rpm至約300rpm、約75rpm至約100rpm、約75rpm至約125rpm、約75rpm至約150rpm、約75rpm至約200rpm、約75rpm至約250rpm、約75rpm至約300rpm、約100rpm至約125rpm、約100rpm至約150rpm、約100rpm至約200rpm、約100rpm至約250rpm、約100rpm至約300rpm、約125rpm至約150rpm、約125rpm至約200rpm、約125rpm至約250rpm、約125rpm至約300rpm、約150rpm至約200rpm、約150rpm至約250rpm、約150rpm至約300rpm、約200rpm至約250rpm、約200rpm至約300rpm或約250rpm至約300rpm之攪拌速率下進行攪動。在一些實施例中，在約10rpm、約20rpm、約50rpm、約75rpm、約100rpm、約125rpm、約150rpm、約200rpm、約250rpm或約300rpm之攪拌速率下進行攪動。

一些實施例進一步包括在使第二溶液驟冷之後使第二溶液反應一段時間。

在一些實施例中，第二溶液反應歷時約15分鐘至約120分鐘之時間段。在一些實施例中，第二溶液反應歷時至少約15分鐘之時間段。在一些實施例中，第二溶液反應歷時至多約120分鐘之時間段。在一些實施例中，第二溶液反應歷時約15分鐘至約20分鐘、約15分鐘至約30分鐘、約15分鐘至約40分鐘、約15分鐘至約50分鐘、約15分鐘至約60分鐘、約15分鐘至約70分鐘、約15分鐘至約80分鐘、約15分鐘至約90分鐘、約15分鐘至約100分鐘、約15分鐘至約110分鐘、約15分鐘至約120分鐘、約20分鐘至約30分鐘、約20分鐘至約40分鐘、約20分鐘至約50分鐘、約20分鐘至約60分鐘、約20分鐘至約70分鐘、約20分鐘至約80分鐘、約20分鐘至約90分鐘、約20分鐘至約100分鐘、約20分鐘至約110分鐘、約20分鐘至約120分鐘、約30分鐘至約40分鐘、約30分鐘至約50分鐘、約30分鐘至約60分鐘、約30分鐘至約70分鐘、約30分鐘至約80分鐘、約30分鐘至約90分鐘、約30分鐘至約100分鐘、約30分鐘至約110分鐘、約30分鐘至約120分鐘、約40分鐘至約50分鐘、約40分鐘至約60分鐘、約40分鐘至約70分鐘、約40分鐘至約80分鐘、約40分鐘至約90分鐘、約40分鐘至約100分鐘、約40分鐘至約110分鐘、約40分鐘至約120分鐘、約50分鐘至約60分鐘、約50分鐘至約70分鐘、約50分鐘至約80分鐘、約50分鐘至約90分鐘、約50分鐘至約100分鐘、約50分鐘至約110分鐘、約50分鐘至約120分鐘、約60分鐘至約70分鐘、約60分鐘至約80分鐘、約60分鐘至約90分鐘、約60分鐘至約100分鐘、約60分鐘至約110分鐘、約60分鐘至約120分鐘、約70分鐘至約80分鐘、約70分鐘至約90分鐘、約70分鐘至約100分鐘、約70分鐘至約110分鐘、約70分鐘至約120分鐘、約80分鐘至約90分鐘、約80分鐘至約100分鐘、約80分鐘至約110分鐘、約80分鐘至約120分鐘、約90分鐘至約100分鐘、約90分鐘至約110分鐘、約90分鐘至約120分鐘、約100分鐘至約110分鐘、約100分鐘至約120分鐘或約110分鐘至約120分鐘之時間段。在一些實施例中，第二溶液反應歷時約15分鐘、約20分鐘、約30分鐘、約40分鐘、約50分鐘、約60分鐘、約70分鐘、約80分鐘、約90分鐘、約100分鐘、約110分鐘或約120分鐘之時間段。

在一些實施例中，在反應期間第二溶液之溫度為約15℃至約75℃。在一些實施例中，在反應期間第二溶液之溫度為至少約15℃。在一些實施例中，在反應期間第二溶液之溫度為至多約75℃。在一些實施例中，在反應期間第二溶液之溫度為約15℃至約20℃、約15℃至約25℃、約15℃至約30℃、約15℃至約35℃、約15℃至約40℃、約15℃至約45℃、約15℃至約50℃、約15℃至約55℃、約15℃至約60℃、約15℃至約65℃、約15℃至約75℃、約20℃至約25℃、約20℃至約30℃、約20℃至約35℃、約20℃至約40℃、約20℃至約45℃、約20℃至約50℃、約20℃至約55℃、約20℃至約60℃、約20℃至約65℃、約20℃至約75℃、約25℃至約30℃、約25℃至約35℃、約25℃至約40℃、約25℃至約45℃、約25℃至約50℃、約25℃至約55℃、約25℃至約60℃、約25℃至約65℃、約25℃至約75℃、約30℃至約35℃、約30℃至約40℃、約30℃至約45℃、約30℃至約50℃、約30℃至約55℃、約30℃至約60℃、約30℃至約65℃、約30℃至約75℃、約35℃至約40℃、約35℃至約45℃、約35℃至約50℃、約35℃至約55℃、約35℃至約60℃、約35℃至約65℃、約35℃至約75℃、約40℃至約45℃、約40℃至約50℃、約40℃至約55℃、約40℃至約60℃、約40℃至約65℃、約40℃至約75℃、約45℃至約50℃、約45℃至約55℃、約45℃至約60℃、約45℃至約65℃、約45℃至約75℃、約50℃至約55℃、約50℃至約60℃、約50℃至約65℃、約50℃至約75℃、約55℃至約60℃、約55℃至約65℃、約55℃至約75℃、約60℃至約65℃、約60℃至約75℃或約65℃至約75℃。在一些實施例中，在反應期間第二溶液之溫度為約15℃、約20℃、約25℃、約30℃、約35℃、約40℃、約45℃、約50℃、約55℃、約60℃、約65℃或約75℃。在一些實施例中，在反應期間第二溶液之溫度為至多約15℃、至多約20℃、至多約25℃、至多約30℃、至多約35℃、至多約40℃、至多約45℃、至多約50℃、至多約55℃、至多約60℃、至多約65℃或至多約75℃。

一些實施例進一步包括純化第二溶液。在一些實施例中，純化第二溶液包括經由過濾器過濾碳基氧化物材料及濃縮碳基氧化物材料。在一些實施例中，經由過濾器過濾碳基氧化物材料包括離心過濾、空端過濾、切向流過濾、固定相過濾、動態相過濾、表面過濾、深度過濾、真空過濾、再循環過濾或其任何組合。在一些實施例中，第一過濾器包括布氏漏斗(Buchner funnel)、表面過濾器、篩網、濾紙、帶式過濾器、鼓式過濾器、錯流過濾器、網狀過濾器、深度過濾器、聚合物膜、陶瓷膜、聚醚碸過濾器、中空過濾器、不鏽鋼過濾器、不鏽鋼網、碳纖維網、微型過濾器、超濾器、膜或任何組合。

在一些實施例中，第一過濾器之孔徑為約0.01微米至約4微米。在一些實施例中，第一過濾器之孔徑為至少約0.01微米。在一些實施例中，第一過濾器之孔徑為至多約4微米。在一些實施例中，第一過濾器之孔徑為約0.01微米至約0.05微米、約0.01微米至約0.1微米、約0.01微米至約0.5微米、約0.01微米至約1微米、約0.01微米至約1.5微米、約0.01微米至約2微米、約0.01微米至約2.5微米、約0.01微米至約3微米、約0.01微米至約3.5微米、約0.01微米至約4微米、約0.05微米至約0.1微米、約0.05微米至約0.5微米、約0.05微米至約1微米、約0.05微米至約1.5微米、約0.05微米至約2微米、約0.05微米至約2.5微米、約0.05微米至約3微米、約0.05微米至約3.5微米、約0.05微米至約4微米、約 0.1微米至約0.5微米、約0.1微米至約1微米、約0.1微米至約1.5微米、約0.1微米至約2微米、約0.1微米至約2.5微米、約0.1微米至約3微米、約0.1微米至約3.5微米、約0.1微米至約4微米、約0.5微米至約1微米、約0.5微米至約1.5微米、約0.5微米至約2微米、約0.5微米至約2.5微米、約0.5微米至約3微米、約0.5微米至約3.5微米、約0.5微米至約4微米、約1微米至約1.5微米、約1微米至約2微米、約1微米至約2.5微米、約1微米至約3微米、約1微米至約3.5微米、約1微米至約4微米、約1.5微米至約2微米、約1.5微米至約2.5微米、約1.5微米至約3微米、約1.5微米至約3.5微米、約1.5微米至約4微米、約2微米至約2.5微米、約2微米至約3微米、約2微米至約3.5微米、約2微米至約4微米、約2.5微米至約3微米、約2.5微米至約3.5微米、約2.5微米至約4微米、約3微米至約3.5微米、約3微米至約4微米或約3.5微米至約4微米。在一些實施例中，第一過濾器之孔徑為約0.01微米、約0.05微米、約0.1微米、約0.5微米、約1微米、約1.5微米、約2微米、約2.5微米、約3微米、約3.5微米或約4微米。

在一些實施例中，過濾碳基氧化物材料直至其pH值為約3至約7。在一些實施例中，過濾碳基氧化物材料直至其pH值為至少約3。在一些實施例中，過濾碳基氧化物材料直至其pH值為至多約7。在一些實施例中，過濾碳基氧化物材料直至其pH值為約3至約3.5、約3至約4、約3至約4.5、約3至約5、約3至約5.5、約3至約6、約3至約6.5、約3至約7、約3.5至約4、約3.5至約4.5、約3.5至約5、約3.5至約5.5、約3.5至約6、約3.5至約6.5、約3.5至約7、約4至約4.5、約4至約5、約4至約5.5、約4至約6、約4至約6.5、約4至約7、約4.5至約5、約4.5至約5.5、約4.5至約6、約4.5至約6.5、約4.5至約7、約5至約5.5、約5至約6、約5至約6.5、約5至約7、約5.5至約6、約5.5至約6.5、約5.5至約7、約6至約6.5、約6至約7或約6.5至約7。在一些實施例中，過濾碳基氧化物材料直至其pH值為約3、約3.5、約4、約4.5、約5、約5.5、約6、約6.5或約7。

在一些實施例中，經純化第二溶液之石墨濃度以重量計為約0.25%至約4%。在一些實施例中，經純化第二溶液之石墨濃度以重量計為至少約0.25%。在一些實施例中，經純化第二溶液之石墨濃度以重量計為至多約4%。在一些實施例中，經純化第二溶液之石墨濃度以重量計為約0.25%至約0.5%、約0.25%至約0.75%、約0.25%至約1%、約0.25%至約1.25%、約0.25%至約1.5%、約0.25%至約2%、約0.25%至約2.5%、約0.25%至約3%、約0.25%至約3.5%、約0.25%至約4%、約0.5%至約0.75%、約0.5%至約1%、約0.5%至約1.25%、約0.5%至約1.5%、約0.5%至約2%、約0.5%至約2.5%、約0.5%至約3%、約0.5%至約3.5%、約0.5%至約4%、約0.75%至約1%、約0.75%至約1.25%、約0.75%至約1.5%、約0.75%至約2%、約0.75%至約2.5%、約0.75%至約3%、約0.75%至約3.5%、約0.75%至約4%、約1%至約1.25%、約1%至約1.5%、約1%至約2%、約1%至約2.5%、約1%至約3%、約1%至約3.5%、約1%至約4%、約1.25%至約1.5%、約1.25%至約2%、約1.25%至約2.5%、約1.25%至約3%、約1.25%至約3.5%、約1.25%至約4%、約1.5%至約2%、約1.5%至約2.5%、約1.5%至約3%、約1.5%至約3.5%、約1.5%至約4%、約2%至約2.5%、約2%至約3%、約2%至約3.5%、約2% 至約4%、約2.5%至約3%、約2.5%至約3.5%、約2.5%至約4%、約3%至約3.5%、約3%至約4%或約3.5%至約4%。在一些實施例中，經純化第二溶液之石墨濃度以重量計為約0.25%、約0.5%、約0.75%、約1%、約1.25%、約1.5%、約2%、約2.5%、約3%、約3.5%或約4%。

一些實施例進一步包括：形成包含碳基氧化物材料及第三氧化劑之第三溶液；將該第三溶液加熱至第四溫度歷時一段時間；及將礦物抗壞血酸鹽添加至第三溶液中以形成還原碳基氧化物材料。

在一些實施例中，將碳基氧化物材料加熱至第四溫度與將第一數量之第三氧化劑添加至碳基氧化物材料中同時進行。

在一些實施例中，第四溫度為約45℃至約180℃。在一些實施例中，第四溫度為至少約45℃。在一些實施例中，第四溫度為至多約180℃。在一些實施例中，第四溫度為約45℃至約50℃、約45℃至約60℃、約45℃至約70℃、約45℃至約80℃、約45℃至約90℃、約45℃至約100℃、約45℃至約120℃、約45℃至約140℃、約45℃至約160℃、約45℃至約180℃、約50℃至約60℃、約50℃至約70℃、約50℃至約80℃、約50℃至約90℃、約50℃至約100℃、約50℃至約120℃、約50℃至約140℃、約50℃至約160℃、約50℃至約180℃、約60℃至約70℃、約60℃至約80℃、約60℃至約90℃、約60℃至約100℃、約60℃至約120℃、約60℃至約140℃、約60℃至約160℃、約60℃至約180℃、約70℃至約80℃、約70℃至約90℃、約70℃至約100℃、約70℃至約120℃、約70℃至約140℃、約70℃至約160℃、約70℃至約180℃、約80℃至約90℃、約80℃至約100℃、約80℃至約120℃、約80℃至約140℃、約80℃至約160℃、約80℃至約 180℃、約90℃至約100℃、約90℃至約120℃、約90℃至約140℃、約90℃至約160℃、約90℃至約180℃、約100℃至約120℃、約100℃至約140℃、約100℃至約160℃、約100℃至約180℃、約120℃至約140℃、約120℃至約160℃、約120℃至約180℃、約140℃至約160℃、約140℃至約180℃或約160℃至約180℃。在一些實施例中，第四溫度為約45℃、約50℃、約60℃、約70℃、約80℃、約90℃、約100℃、約120℃、約140℃、約160℃或約180℃。在一些實施例中，第四溫度為至多約45℃、至多約50℃、至多約60℃、至多約70℃、至多約80℃、至多約90℃、至多約100℃、至多約120℃、至多約140℃、至多約160℃或至多約180℃。

在一些實施例中，經約30分鐘至約120分鐘之時間段將第三溶液加熱至第四溫度。在一些實施例中，經至少約30分鐘之時間段將第三溶液加熱至第四溫度。在一些實施例中，經至多約120分鐘之時間段將第三溶液加熱至第四溫度。在一些實施例中，經約30分鐘至約40分鐘、約30分鐘至約50分鐘、約30分鐘至約60分鐘、約30分鐘至約70分鐘、約30分鐘至約80分鐘、約30分鐘至約90分鐘、約30分鐘至約100分鐘、約30分鐘至約120分鐘、約30分鐘至約120分鐘、約40分鐘至約50分鐘、約40分鐘至約60分鐘、約40分鐘至約70分鐘、約40分鐘至約80分鐘、約40分鐘至約90分鐘、約40分鐘至約100分鐘、約40分鐘至約120分鐘、約40分鐘至約120分鐘、約50分鐘至約60分鐘、約50分鐘至約70分鐘、約50分鐘至約80分鐘、約50分鐘至約90分鐘、約50分鐘至約100分鐘、約50分鐘至約120分鐘、約50分鐘至約120分鐘、約60分鐘至約70分鐘、約60分鐘至約80分鐘、約60分鐘至約90分鐘、約60分鐘至約100分鐘、約60分鐘至約120分鐘、約60分鐘至約120分鐘、約70分鐘至約80分鐘、約70分鐘至約90分鐘、約70分鐘至約100分鐘、約70分鐘至約120分鐘、約70分鐘至約120分鐘、約80分鐘至約90分鐘、約80分鐘至約100分鐘、約80分鐘至約120分鐘、約80分鐘至約120分鐘、約90分鐘至約100分鐘、約90分鐘至約120分鐘、約90分鐘至約120分鐘、約100分鐘至約120分鐘、約100分鐘至約120分鐘或約120分鐘至約120分鐘之時間段將第三溶液加熱至第四溫度。在一些實施例中，經約30分鐘、約40分鐘、約50分鐘、約60分鐘、約70分鐘、約80分鐘、約90分鐘、約100分鐘、約120分鐘或約120分鐘之時間段將第三溶液加熱至第四溫度。

在一些實施例中，第三氧化劑包括氧氣、臭氧、過氧化氫、螢石二氧化物、過氧化鋰、過氧化鋇、氟氣、氯氣、硝酸、硝酸鹽化合物、硫酸、過氧二硫酸、過氧單硫酸、亞氯酸鹽、氯酸鹽、過氯酸鹽、鹵素化合物次氯酸鹽、次鹵酸鹽化合物、家用漂白劑、六價鉻化合物、鉻酸、重鉻酸、三氧化鉻、氯鉻酸吡啶鹽、鉻酸鹽化合物、重鉻酸鹽化合物、過錳酸鹽化合物、過錳酸鉀、過硼酸鈉、一氧化氮、硝酸鉀、鉍酸鈉或其任何組合。

在一些實施例中，第三氧化劑之濃度為約15%至約60%。在一些實施例中，第三氧化劑之濃度為至少約15%。在一些實施例中，第三氧化劑之濃度為至多約60%。在一些實施例中，第三氧化劑之濃度為約15%至約20%、約15%至約25%、約15%至約30%、約15%至約35%、約15%至約40%、約15%至約45%、約15%至約50%、約15%至約55%、約15%至約60%、約20%至約25%、約20%至約30%、約20%至約35%、約20%至約40%、約20%至約45%、約20%至約50%、約20%至約55%、約20%至約60%、約25%至約30%、約25%至約35%、約25%至約40%、約25%至約45%、約25%至約50%、約25%至約55%、約25%至約60%、約30%至約35%、約30%至約40%、約30%至約45%、約30%至約50%、約30%至約55%、約30%至約60%、約35%至約40%、約35%至約45%、約35%至約50%、約35%至約55%、約35%至約60%、約40%至約45%、約40%至約50%、約40%至約55%、約40%至約60%、約45%至約50%、約45%至約55%、約45%至約60%、約50%至約55%、約50%至約60%或約55%至約60%。在一些實施例中，第三氧化劑之濃度為約15%、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%或約60%。

在一些實施例中，第二數量之第三氧化劑之質量為石墨之質量的約1.1至約6倍。在一些實施例中，第二數量之第三氧化劑之質量為石墨之質量的至少約1.1倍。在一些實施例中，第二數量之第三氧化劑之質量為石墨之質量的至多約6倍。在一些實施例中，第二數量之第三氧化劑之質量為石墨之質量的約1.1至約1.2、約1.1至約1.5、約1.1至約2、約1.1至約2.5、約1.1至約3、約1.1至約3.5、約1.1至約4、約1.1至約4.5、約1.1至約5、約1.1至約5.5、約1.1至約6、約1.2至約1.5、約1.2至約2、約1.2至約2.5、約1.2至約3、約1.2至約3.5、約1.2至約4、約1.2至約4.5、約1.2至約5、約1.2至約5.5、約1.2至約6、約1.5至約2、約1.5至約2.5、約1.5至約3、約1.5至約3.5、約1.5至約4、約1.5至約4.5、約1.5至約5、約1.5至約55、約1.5至約6、約2至約2.5、約2至約3、約2至約3.5、約2至約4、約2至約4.5、約2至約5、約2至約5.5、約2至約6、約2.5 至約3、約2.5至約3.5、約2.5至約4、約2.5至約4.5、約2.5至約5、約2.5至約5.5、約2.5至約6、約3至約3.5、約3至約4、約3至約4.5、約3至約5、約3至約5.5、約3至約6、約3.5至約4、約3.5至約4.5、約3.5至約5、約3.5至約5.5、約3.5至約6、約4至約4.5、約4至約5、約4至約5.5、約4至約6、約4.5至約5、約4.5至約5.5、約4.5至約6、約5至約5.5、約5至約6或約5.5至約6倍。在一些實施例中，第二數量之第三氧化劑之質量為石墨之質量的約1.1、約1.2、約1.5、約2、約2.5、約3、約3.5、約4、約4.5、約5、約5.5或約6倍。

在一些實施例中，礦物抗壞血酸鹽包括抗壞血酸鈉、抗壞血酸鈣、抗壞血酸鉀、抗壞血酸鎂或其任何組合。

在一些實施例中，礦物抗壞血酸鹽之質量比石墨之質量大約2%至約10%。在一些實施例中，礦物抗壞血酸鹽之質量比石墨之質量大至少約2%。在一些實施例中，礦物抗壞血酸鹽之質量比石墨之質量大至多約10%。在一些實施例中，礦物抗壞血酸鹽之質量比石墨之質量大約2%至約3%、約2%至約4%、約2%至約5%、約2%至約6%、約2%至約7%、約2%至約8%、約2%至約9%、約2%至約10%、約3%至約4%、約3%至約5%、約3%至約6%、約3%至約7%、約3%至約8%、約3%至約9%、約3%至約10%、約4%至約5%、約4%至約6%、約4%至約7%、約4%至約8%、約4%至約9%、約4%至約10%、約5%至約6%、約5%至約7%、約5%至約8%、約5%至約9%、約5%至約10%、約6%至約7%、約6%至約8%、約6%至約9%、約6%至約10%、約7%至約8%、約7%至約9%、約7%至約10%、約8%至約9%、約8%至約10%或約9%至約10%。在一些實施例中，礦物抗壞血酸鹽之質量比石墨之質量大約2%、約3%、約4%、約5%、約6%、約7%、約8%、約9%或約10%。

在一些實施例中，經約10分鐘至約60分鐘之時間段將礦物抗壞血酸鹽添加至第三溶液中。在一些實施例中，經至少約10分鐘之時間段將礦物抗壞血酸鹽添加至第三溶液中。在一些實施例中，經至多約60分鐘之時間段將礦物抗壞血酸鹽添加至第三溶液中。在一些實施例中，經約10分鐘至約15分鐘、約10分鐘至約20分鐘、約10分鐘至約25分鐘、約10分鐘至約30分鐘、約10分鐘至約35分鐘、約10分鐘至約40分鐘、約10分鐘至約45分鐘、約10分鐘至約50分鐘、約10分鐘至約55分鐘、約10分鐘至約60分鐘、約15分鐘至約20分鐘、約15分鐘至約25分鐘、約15分鐘至約30分鐘、約15分鐘至約35分鐘、約15分鐘至約40分鐘、約15分鐘至約45分鐘、約15分鐘至約50分鐘、約15分鐘至約55分鐘、約15分鐘至約60分鐘、約20分鐘至約25分鐘、約20分鐘至約30分鐘、約20分鐘至約35分鐘、約20分鐘至約40分鐘、約20分鐘至約45分鐘、約20分鐘至約50分鐘、約20分鐘至約55分鐘、約20分鐘至約60分鐘、約25分鐘至約30分鐘、約25分鐘至約35分鐘、約25分鐘至約40分鐘、約25分鐘至約45分鐘、約25分鐘至約50分鐘、約25分鐘至約55分鐘、約25分鐘至約60分鐘、約30分鐘至約35分鐘、約30分鐘至約40分鐘、約30分鐘至約45分鐘、約30分鐘至約50分鐘、約30分鐘至約55分鐘、約30分鐘至約60分鐘、約35分鐘至約40分鐘、約35分鐘至約45分鐘、約35分鐘至約50分鐘、約35分鐘至約55分鐘、約35分鐘至約60分鐘、約40分鐘至約45分鐘、約40分鐘至約50分鐘、約40分鐘至約55分鐘、約 40分鐘至約60分鐘、約45分鐘至約50分鐘、約45分鐘至約55分鐘、約45分鐘至約60分鐘、約50分鐘至約55分鐘、約50分鐘至約60分鐘或約55分鐘至約60分鐘之時間段將礦物抗壞血酸鹽添加至第三溶液中。在一些實施例中，經約10分鐘、約15分鐘、約20分鐘、約25分鐘、約30分鐘、約35分鐘、約40分鐘、約45分鐘、約50分鐘、約55分鐘或約60分鐘之時間段將礦物抗壞血酸鹽添加至第三溶液中。

一些實施例進一步包括使第三溶液及礦物溶液反應，歷時約45分鐘至約180分鐘之時間段。一些實施例進一步包括使第三溶液及礦物溶液反應，歷時至少約45分鐘之時間段。一些實施例進一步包括使第三溶液及礦物溶液反應，歷時至多約180分鐘之時間段。一些實施例進一步包括使第三溶液及礦物溶液反應，歷時約45分鐘至約50分鐘、約45分鐘至約60分鐘、約45分鐘至約70分鐘、約45分鐘至約80分鐘、約45分鐘至約90分鐘、約45分鐘至約100分鐘、約45分鐘至約120分鐘、約45分鐘至約140分鐘、約45分鐘至約160分鐘、約45分鐘至約180分鐘、約50分鐘至約60分鐘、約50分鐘至約70分鐘、約50分鐘至約80分鐘、約50分鐘至約90分鐘、約50分鐘至約100分鐘、約50分鐘至約120分鐘、約50分鐘至約140分鐘、約50分鐘至約160分鐘、約50分鐘至約180分鐘、約60分鐘至約70分鐘、約60分鐘至約80分鐘、約60分鐘至約90分鐘、約60分鐘至約100分鐘、約60分鐘至約120分鐘、約60分鐘至約140分鐘、約60分鐘至約160分鐘、約60分鐘至約180分鐘、約70分鐘至約80分鐘、約70分鐘至約90分鐘、約70分鐘至約100分鐘、約70分鐘至約120分鐘、約70分鐘至約140分鐘、約70分鐘至約160分鐘、約70分鐘至約 180分鐘、約80分鐘至約90分鐘、約80分鐘至約100分鐘、約80分鐘至約120分鐘、約80分鐘至約140分鐘、約80分鐘至約160分鐘、約80分鐘至約180分鐘、約90分鐘至約100分鐘、約90分鐘至約120分鐘、約90分鐘至約140分鐘、約90分鐘至約160分鐘、約90分鐘至約180分鐘、約100分鐘至約120分鐘、約100分鐘至約140分鐘、約100分鐘至約160分鐘、約100分鐘至約180分鐘、約120分鐘至約140分鐘、約120分鐘至約160分鐘、約120分鐘至約180分鐘、約140分鐘至約160分鐘、約140分鐘至約180分鐘或約160分鐘至約180分鐘之時間段。一些實施例進一步包括使第三溶液及礦物溶液反應，歷時約45分鐘、約50分鐘、約60分鐘、約70分鐘、約80分鐘、約90分鐘、約100分鐘、約120分鐘、約140分鐘、約160分鐘或約180分鐘之時間段。

一些實施例進一步包括攪動第三溶液。在一些實施例中，攪動進行約45分鐘至約360分鐘之時間段。在一些實施例中，攪動進行至少約45分鐘之時間段。在一些實施例中，攪動進行至多約360分鐘之時間段。在一些實施例中，攪動進行約45分鐘至約60分鐘、約45分鐘至約80分鐘、約45分鐘至約100分鐘、約45分鐘至約140分鐘、約45分鐘至約180分鐘、約45分鐘至約220分鐘、約45分鐘至約260分鐘、約45分鐘至約300分鐘、約45分鐘至約360分鐘、約60分鐘至約80分鐘、約60分鐘至約100分鐘、約60分鐘至約140分鐘、約60分鐘至約180分鐘、約60分鐘至約220分鐘、約60分鐘至約260分鐘、約60分鐘至約300分鐘、約60分鐘至約360分鐘、約80分鐘至約100分鐘、約80分鐘至約140分鐘、約80分鐘至約180分鐘、約80分鐘至約220分鐘、約80分鐘至約260分鐘、約80 分鐘至約300分鐘、約80分鐘至約360分鐘、約100分鐘至約140分鐘、約100分鐘至約180分鐘、約100分鐘至約220分鐘、約100分鐘至約260分鐘、約100分鐘至約300分鐘、約100分鐘至約360分鐘、約140分鐘至約180分鐘、約140分鐘至約220分鐘、約140分鐘至約260分鐘、約140分鐘至約300分鐘、約140分鐘至約360分鐘、約180分鐘至約220分鐘、約180分鐘至約260分鐘、約180分鐘至約300分鐘、約180分鐘至約360分鐘、約220分鐘至約260分鐘、約220分鐘至約300分鐘、約220分鐘至約360分鐘、約260分鐘至約300分鐘、約260分鐘至約360分鐘或約300分鐘至約360分鐘之時間段。在一些實施例中，攪動進行約45分鐘、約60分鐘、約80分鐘、約100分鐘、約140分鐘、約180分鐘、約220分鐘、約260分鐘、約300分鐘或約360分鐘之時間段。

一些實施例進一步包括純化還原碳基氧化物材料。在一些實施例中，純化還原碳基氧化物材料包括用第二過濾器過濾，沖洗第三溶液，或其任何組合。在一些實施例中，過濾還原碳基氧化物材料包括離心過濾、空端過濾、切向流過濾、固定相過濾、動態相過濾、表面過濾、深度過濾、真空過濾、再循環過濾或其任何組合。在一些實施例中，第二過濾器包括布氏漏斗、表面過濾器、篩網、濾紙、帶式過濾器、鼓式過濾器、錯流過濾器、網狀過濾器、深度過濾器、聚合物膜、陶瓷膜、中空過濾器、不鏽鋼過濾器、不鏽鋼網、碳纖維網、微型過濾器、超濾器、膜或其任何組合。

在一些實施例中，第二過濾器之孔徑為約0.5微米至約5微米。在一些實施例中，第二過濾器之孔徑為至少約0.5微米。在一些實施例中，第二過濾器之孔徑為至多約5微米。在一些實施例中，第二過濾器之孔徑為約0.5微米至約1微米、約0.5微米至約1.5微米、約0.5微米至約2微米、約0.5微米至約2.5微米、約0.5微米至約3微米、約0.5微米至約3.5微米、約0.5微米至約4微米、約0.5微米至約4.5微米、約0.5微米至約5微米、約1微米至約1.5微米、約1微米至約2微米、約1微米至約2.5微米、約1微米至約3微米、約1微米至約3.5微米、約1微米至約4微米、約1微米至約4.5微米、約1微米至約5微米、約1.5微米至約2微米、約1.5微米至約2.5微米、約1.5微米至約3微米、約1.5微米至約3.5微米、約1.5微米至約4微米、約1.5微米至約4.5微米、約1.5微米至約5微米、約2微米至約2.5微米、約2微米至約3微米、約2微米至約3.5微米、約2微米至約4微米、約2微米至約4.5微米、約2微米至約5微米、約2.5微米至約3微米、約2.5微米至約3.5微米、約2.5微米至約4微米、約2.5微米至約4.5微米、約2.5微米至約5微米、約3微米至約3.5微米、約3微米至約4微米、約3微米至約4.5微米、約3微米至約5微米、約3.5微米至約4微米、約3.5微米至約4.5微米、約3.5微米至約5微米、約4微米至約4.5微米、約4微米至約5微米或約4.5微米至約5微米。在一些實施例中，第二過濾器之孔徑為約0.5微米、約1微米、約1.5微米、約2微米、約2.5微米、約3微米、約3.5微米、約4微米、約4.5微米或約5微米。

在一些實施例中，純化還原碳基氧化物材料直至其導電率為約1S/m至約10S/m。在一些實施例中，純化還原碳基氧化物材料直至其導電率為至少約1S/m。在一些實施例中，純化還原碳基氧化物材料直至其導電率為至多約10S/m。在一些實施例中，純化還原碳基氧化物材料直至其導電率為約1S/m至約2S/m、約1S/m至約3S/m、約1S/m至約4S/m、約1S/m至約5S/m、約1S/m至約6S/m、約1S/m至約7S/m、約1S/m至約8S/m、約1S/m至約9S/m、約1S/m至約10S/m、約2S/m至約3S/m、約2S/m至約4S/m、約2S/m至約5S/m、約2S/m至約6S/m、約2S/m至約7S/m、約2S/m至約8S/m、約2S/m至約9S/m、約2S/m至約10S/m、約3S/m至約4S/m、約3S/m至約5S/m、約3S/m至約6S/m、約3S/m至約7S/m、約3S/m至約8S/m、約3S/m至約9S/m、約3S/m至約10S/m、約4S/m至約5S/m、約4S/m至約6S/m、約4S/m至約7S/m、約4S/m至約8S/m、約4S/m至約9S/m、約4S/m至約10S/m、約5S/m至約6S/m、約5S/m至約7S/m、約5S/m至約8S/m、約5S/m至約9S/m、約5S/m至約10S/m、約6S/m至約7S/m、約6S/m至約8S/m、約6S/m至約9S/m、約6S/m至約10S/m、約7S/m至約8S/m、約7S/m至約9S/m、約7S/m至約10S/m、約8S/m至約9S/m、約8S/m至約10S/m或約9S/m至約10S/m。在一些實施例中，純化還原碳基氧化物材料直至其導電率為約1S/m、約2S/m、約3S/m、約4S/m、約5S/m、約6S/m、約7S/m、約8S/m、約9S/m或約10S/m。在一些實施例中，純化還原碳基氧化物材料直至其導電率為至少約1S/m、至少約2S/m、至少約3S/m、至少約4S/m、至少約5S/m、至少約6S/m、至少約7S/m、至少約8S/m、至少約9S/m或至少約10S/m。

在一些實施例中，碳基氧化物材料包含單層。在一些實施例中，碳基氧化物材料包含複數個層。在一些實施例中，碳基氧化物材料包括石墨、氧化石墨、還原碳基、互連波紋狀碳基網狀物(ICCN)或多孔碳片(PCS)。

在一些實施例中，碳基氧化物材料之離子導電率為約5μS/cm至約400μS/cm。在一些實施例中，碳基氧化物材料之離子導電率為至少約5μS/cm。在一些實施例中，碳基氧化物材料之離子導電率為至多約400μS/cm。在一些實施例中，碳基氧化物材料之離子導電率為約5μS/cm至約10μS/cm、約5μS/cm至約20μS/cm、約5μS/cm至約50μS/cm、約5μS/cm至約75μS/cm、約5μS/cm至約100μS/cm、約5μS/cm至約150μS/cm、約5μS/cm至約200μS/cm、約5μS/cm至約250μS/cm、約5μS/cm至約300μS/cm、約5μS/cm至約350μS/cm、約5μS/cm至約400μS/cm、約10μS/cm至約20μS/cm、約10μS/cm至約50μS/cm、約10μS/cm至約75μS/cm、約10μS/cm至約100μS/cm、約10μS/cm至約150μS/cm、約10μS/cm至約200μS/cm、約10μS/cm至約250μS/cm、約10μS/cm至約300μS/cm、約10μS/cm至約350μS/cm、約10μS/cm至約400μS/cm、約20μS/cm至約50μS/cm、約20μS/cm至約75μS/cm、約20μS/cm至約100μS/cm、約20μS/cm至約150μS/cm、約20μS/cm至約200μS/cm、約20μS/cm至約250μS/cm、約20μS/cm至約300μS/cm、約20μS/cm至約350μS/cm、約20μS/cm至約400μS/cm、約50μS/cm至約75μS/cm、約50μS/cm至約100μS/cm、約50μS/cm至約150μS/cm、約50μS/cm至約200μS/cm、約50μS/cm至約250μS/cm、約50μS/cm至約300μS/cm、約50μS/cm至約350μS/cm、約50μS/cm至約400μS/cm、約75μS/cm至約100μS/cm、約75μS/cm至約150μS/cm、約75μS/cm至約200μS/cm、約75μS/cm至約250μS/cm、約75μS/cm至約300μS/cm、約75μS/cm至約350μS/cm、約75μS/cm至約400μS/cm、約100μS/cm至約150μS/cm、約100μS/cm至約200μS/cm、約100μS/cm至約250μS/cm、約100μS/cm至約300 μS/cm、約100μS/cm至約350μS/cm、約100μS/cm至約400μS/cm、約150μS/cm至約200μS/cm、約150μS/cm至約250μS/cm、約150μS/cm至約300μS/cm、約150μS/cm至約350μS/cm、約150μS/cm至約400μS/cm、約200μS/cm至約250μS/cm、約200μS/cm至約300μS/cm、約200μS/cm至約350μS/cm、約200μS/cm至約400μS/cm、約250μS/cm至約300μS/cm、約250μS/cm至約350μS/cm、約250μS/cm至約400μS/cm、約300μS/cm至約350μS/cm、約300μS/cm至約400μS/cm或約350μS/cm至約400μS/cm。在一些實施例中，碳基氧化物材料之離子導電率為約5μS/cm、約10μS/cm、約20μS/cm、約50μS/cm、約75μS/cm、約100μS/cm、約150μS/cm、約200μS/cm、約250μS/cm、約300μS/cm、約350μS/cm或約400μS/cm。在一些實施例中，碳基氧化物材料之離子導電率為至少約5μS/cm、至少約10μS/cm、至少約20μS/cm、至少約50μS/cm、至少約75μS/cm、至少約100μS/cm、至少約150μS/cm、至少約200μS/cm、至少約250μS/cm、至少約300μS/cm、至少約350μS/cm或至少約400μS/cm。

在一些實施例中，碳基氧化物材料之純度為約80%至約99%。在一些實施例中，碳基氧化物材料之純度為至少約80%。在一些實施例中，碳基氧化物材料之純度為至多約99%。在一些實施例中，碳基氧化物材料之純度為約80%至約82%、約80%至約84%、約80%至約86%、約80%至約88%、約80%至約90%、約80%至約92%、約80%至約94%、約80%至約96%、約80%至約98%、約80%至約99%、約82%至約84%、約82%至約86%、約82%至約88%、約82%至約90%、約82%至約92%、約82%至約94%、約82%至約96%、約82%至約98%、約82%至約99%、約84%至約86%、約84%至約88%、約84%至約90%、約84%至約92%、約84%至約94%、約84%至約96%、約84%至約98%、約84%至約99%、約86%至約88%、約86%至約90%、約86%至約92%、約86%至約94%、約86%至約96%、約86%至約98%、約86%至約99%、約88%至約90%、約88%至約92%、約88%至約94%、約88%至約96%、約88%至約98%、約88%至約99%、約90%至約92%、約90%至約94%、約90%至約96%、約90%至約98%、約90%至約99%、約92%至約94%、約92%至約96%、約92%至約98%、約92%至約99%、約94%至約96%、約94%至約98%、約94%至約99%、約96%至約98%、約96%至約99%或約98%至約99%。在一些實施例中，碳基氧化物材料之純度為約80%、約82%、約84%、約86%、約88%、約90%、約92%、約94%、約96%、約98%或約99%。在一些實施例中，碳基氧化物材料之純度為至少約80%、至少約82%、至少約84%、至少約86%、至少約88%、至少約90%、至少約92%、至少約94%、至少約96%、至少約98%或至少約99%。

在一些實施例中，碳基氧化物材料包含之碳含量以重量計為約1%至約99%。在一些實施例中，碳基氧化物材料包含之碳含量以重量計為至少約1%。在一些實施例中，碳基氧化物材料包含之碳含量以重量計為至多約99%。在一些實施例中，碳基氧化物材料包含之碳含量以重量計為約1%至約5%、約1%至約10%、約1%至約20%、約1%至約30%、約1%至約40%、約1%至約50%、約1%至約60%、約1%至約70%、約1%至約80%、約1%至約90%、約1%至約99%、約5%至約10%、約5%至約20%、約5%至約30%、約5%至約40%、約5%至約50%、約5%至約60%、約5%至約70%、約5%至約80%、約5%至約90%、約5%至約99%、約10%至約 20%、約10%至約30%、約10%至約40%、約10%至約50%、約10%至約60%、約10%至約70%、約10%至約80%、約10%至約90%、約10%至約99%、約20%至約30%、約20%至約40%、約20%至約50%、約20%至約60%、約20%至約70%、約20%至約80%、約20%至約90%、約20%至約99%、約30%至約40%、約30%至約50%、約30%至約60%、約30%至約70%、約30%至約80%、約30%至約90%、約30%至約99%、約40%至約50%、約40%至約60%、約40%至約70%、約40%至約80%、約40%至約90%、約40%至約99%、約50%至約60%、約50%至約70%、約50%至約80%、約50%至約90%、約50%至約99%、約60%至約70%、約60%至約80%、約60%至約90%、約60%至約99%、約70%至約80%、約70%至約90%、約70%至約99%、約80%至約90%、約80%至約99%或約90%至約99%。在一些實施例中，碳基氧化物材料包含之碳含量以重量計為約1%、約5%、約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約90%或約99%。

在一些實施例中，本文中所教示之方法能夠製造之碳基氧化物材料之產量為約0.1磅/天至約50磅/天。在一些實施例中，本文中所教示之方法能夠製造之碳基氧化物材料之產量為至少約0.1磅/天。在一些實施例中，本文中所教示之方法能夠製造之碳基氧化物材料之產量為至多約50磅/天。在一些實施例中，本文中所教示之方法能夠製造之碳基氧化物材料之產量為約0.1磅/天至約0.5磅/天、約0.1磅/天至約1磅/天、約0.1磅/天至約2磅/天、約0.1磅/天至約5磅/天、約0.1磅/天至約10磅/天、約0.1磅/天至約20磅/天、約0.1磅/天至約30磅/天、約0.1磅/天至約40磅/天、約0.1磅/天至約50磅/天、約0.5磅/天至約1磅/天、約0.5磅/天至約2磅/天、約0.5磅/天至約5磅/天、約0.5磅/天至約10磅/天、約0.5磅/天至約20磅/天、約0.5磅/天至約30磅/天、約0.5磅/天至約40磅/天、約0.5磅/天至約50磅/天、約1磅/天至約2磅/天、約1磅/天至約5磅/天、約1磅/天至約10磅/天、約1磅/天至約20磅/天、約1磅/天至約30磅/天、約1磅/天至約40磅/天、約1磅/天至約50磅/天、約2磅/天至約5磅/天、約2磅/天至約10磅/天、約2磅/天至約20磅/天、約2磅/天至約30磅/天、約2磅/天至約40磅/天、約2磅/天至約50磅/天、約5磅/天至約10磅/天、約5磅/天至約20磅/天、約5磅/天至約30磅/天、約5磅/天至約40磅/天、約5磅/天至約50磅/天、約10磅/天至約20磅/天、約10磅/天至約30磅/天、約10磅/天至約40磅/天、約10磅/天至約50磅/天、約20磅/天至約30磅/天、約20磅/天至約40磅/天、約20磅/天至約50磅/天、約30磅/天至約40磅/天、約30磅/天至約50磅/天或約40磅/天至約50磅/天。在一些實施例中，本文中所教示之方法能夠製造之碳基氧化物材料之產量為約0.1磅/天、約0.5磅/天、約1磅/天、約2磅/天、約5磅/天、約10磅/天、約20磅/天、約30磅/天、約40磅/天或約50磅/天。在一些實施例中，本文中所教示之方法能夠製造之碳基氧化物材料之產量為至少約0.1磅/天、至少約0.5磅/天、至少約1磅/天、至少約2磅/天、至少約5磅/天、至少約10磅/天、至少約20磅/天、至少約30磅/天、至少約40磅/天或至少約50磅/天。

在一些實施例中，本文中所提供之一態樣係一種用於製造氧化石墨之方法，其包括以下步驟：提供石墨粉與硫酸(H₂SO₄)混合物，同時使該石墨粉與H₂SO₄混合物冷卻至第一預定溫度；將預定量之過錳酸鉀(KMnO₄)添加至石墨粉與H₂SO₄混合物中以製成石墨氧化混合物；攪動該石墨氧化混合物歷時預定量之時間；使石墨氧化混合物冷卻至第二預定溫度；及將預定量之過氧化氫(H₂O₂)添加至石墨氧化混合物中，產生氧化石墨。

在一些實施例中，用於製造氧化石墨之方法進一步包含藉由用水沖洗氧化石墨來純化氧化石墨。

在一些實施例中，用於製造氧化石墨之方法進一步包含藉由化學透析來純化氧化石墨。

在一些實施例中，由使石墨粉與H₂SO₄混合物冷卻所得之第一預定溫度為約0℃。在一些實施例中，由使石墨粉與H₂SO₄混合物冷卻所得之第一預定溫度的範圍為約-10℃至約15℃。在一些實施例中，防止石墨氧化混合物之反應溫度升高超過約15℃，同時將預定量之過錳酸鉀(KMnO₄)添加至石墨粉與H₂SO₄混合物中。在一些實施例中，在石墨粉與H₂SO₄混合物中每50公升H₂SO₄使用約1公斤石墨粉。在一些實施例中，H₂SO₄之濃度範圍為約96%至約98%。在一些實施例中，預定量之KMnO₄為每1公斤石墨粉約6公斤KMnO₄。在一些實施例中，攪動包含在範圍為約50rpm至約150rpm之速率下攪拌。在一些實施例中，用於攪動石墨氧化混合物之預定時間範圍為約45分鐘至約300分鐘。在一些實施例中，藉由使石墨氧化混合物驟冷來實現使石墨氧化混合物冷卻至第二預定溫度。在一些實施例中，藉由用水及/或冰使石墨氧化混合物驟冷來實現使石墨氧化混合物冷卻至第二預定溫度。在一些實施例中，第二預定溫度為約0℃。在一些實施例中，第二預定溫度範圍為約0℃至約10℃。在一些實施例中，H₂O₂為約30%濃度之水溶液。在一些實施例中，約30% H₂O₂濃度之水溶液的預定量為每10公升H₂SO₄約1公升。在一些實施例中，H₂SO₄為濃度介於約96%與98% 之間的水溶液。

本文中所提供之第二態樣係一種用於製造還原氧化石墨之方法，其包括以下步驟：提供包含氧化石墨之水溶液；將該包含氧化石墨之水溶液加熱至第一預定溫度；經約1小時之時間段將過氧化氫(H₂O₂)添加至水溶液中，同時維持該第一預定溫度，由此形成第一混合物；在第一預定溫度下加熱該第一混合物約3小時；經約30分鐘之時間段添加抗壞血酸鈉，由此形成第二混合物；在第一預定溫度下加熱第二混合物約1.5小時，產生還原氧化石墨。

在一些實施例中，第一預定溫度為約90℃。在一些實施例中，還原氧化石墨包含多孔碳片(PCS)。在一些實施例中，水溶液中之氧化石墨為氧化石墨烯。

熟習此項技術者在結合附圖閱讀以下詳細描述後將理解本發明之範疇並認識到其其他態樣。

905‧‧‧碳形式

910‧‧‧碳形式

915‧‧‧碳形式

920‧‧‧碳形式

925‧‧‧碳形式

930‧‧‧羥基及/或環氧基官能基

935‧‧‧羧酸官能基

940‧‧‧複數個碳片

945‧‧‧碳片

950‧‧‧碳片

955‧‧‧碳片

960‧‧‧碳片或層

1000‧‧‧碳形式

1005‧‧‧複數個擴大及互連碳層

1010‧‧‧複數個孔

1100‧‧‧碳形式

1105‧‧‧單個波紋狀碳片

本發明之新穎特點係在隨附申請專利範圍中特別地陳述。藉由參考以下陳述說明性實施例之詳細描述(其中利用實施例之原則)及如下附圖(本文中亦為「圖」)將獲得對本發明之特點及優勢的更好的瞭解：根據本文中所述之實施例，圖1說明性地描繪製造碳基氧化物(CBO)或還原碳基氧化物(rCBO)材料之第一例示性方法的圖解。

根據本文中所述之實施例，圖2說明性地描繪製造CBO或rCBO材料之第二例示性方法的圖解。

根據本文中所述之實施例，圖3為展示電容與反應時間之間的關係及反應溫度與反應時間之間的關係之例示性圖。

根據本文中所述之實施例，圖4為展示電容與反應時間之間的關係及反應溫度與反應時間之間的關係之例示性圖。

根據本文中所述之實施例，圖5為展示電容與反應時間之間的關係及反應溫度與反應時間之間的關係之例示性圖。

根據本文中所述之實施例，圖6為在45min攪拌時間時由CBO材料構造之例示性雙層電容器在10mV/s、20mV/s、40mV/s、60mV/s及100mV/s之掃描速率下之循環伏安法(CV)掃描。

根據本文中所述之實施例，圖7A為具有包含經光雕CBO材料之電極的例示性雙層電容器在1,000mV/s之掃描速率下之循環伏安法(CV)掃描。

根據本文中所述之實施例，圖7B為具有包含經光雕CBO材料及未經光雕CBO材料之電極的例示性雙層電容器在1,000mV/s之掃描速率下之循環伏安法(CV)掃描。

根據本文中所述之實施例，圖8展示在10mV/s之掃描速率下HCl洗滌次數與CBO材料之電容之間的例示性關係。

根據本文中所述之實施例，圖9說明性地描繪若干種碳形式。

根據本文中所述之實施例，圖10說明性地描繪另一種碳形式之實例。

根據本文中所述之實施例，圖11說明性地描繪又一種碳形式之實例。

根據本文中所述之實施例，圖12為例示性CBO之粒子分佈圖。

根據本文中所述之實施例，圖13為例示性CBO之X射線繞射(XRD)圖。

根據本文中所述之實施例，圖14為例示性CBO之X射線光電子光譜(XPS)圖。

根據本文中所述之實施例，圖15為例示性rCBO之粒徑分佈圖。

根據本文中所述之實施例，圖16為例示性rCBO之拉曼光譜(Raman spectra)。

根據本文中所述之實施例，圖17為矽晶圓上之塗有SiO₂之例示性CBO薄片的光學顯微鏡圖像。

根據本文中所述之實施例，圖18A為矽晶圓上之塗有SiO₂之例示性CBO的低倍掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

根據本文中所述之實施例，圖18B為矽晶圓上之塗有SiO₂之例示性CBO的高倍掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

本文中之方法可包括製造氧化形式之碳基材料之程序，製造由氧化形式之碳基材料衍生之材料之程序，或兩者。在一些實施例中，本文中之方法可包括製造氧化形式之石墨之程序，製造由氧化形式之石墨衍生之材料之程序，或兩者。本文中之方法包含製造石墨烯/氧化石墨(GO)及還原石墨烯/氧化石墨(rGO)之程序。在本文中所揭示之一些實施例中，GO 在包含氧化之第一反應中由石墨形成，進行處理(例如，過濾/純化、濃縮等)，且可在第二反應中進行還原(例如，還原成石墨烯、ICCN或經由GO還原所衍生之任何其他材料)。在一些實施例中，第二反應包含還原，其中例如GO可進行還原以形成石墨烯、ICCN及/或其他還原形式之GO，本文中統稱為還原石墨或氧化石墨烯(rGO)。

熟習此項技術者將認識到本發明之改良及修正。所有該等改良及修正均視為在本文中所揭示之概念範疇內。

合成碳基氧化物及還原碳基氧化物材料之當前方法

用於製造碳基氧化物(CBO)及還原碳基氧化物(rCBO)材料之現有方法包括赫默斯法(Hummers method)、改良赫默斯法及其各種改良。該等方法在本文中稱為基於赫默斯之方法。本文認識到與基於赫默斯之方法有關之侷限性。

在一些實施例中，基於赫默斯之方法可能普遍展現低產量、高成本、高廢物數量及低可靠性。在一實例中，基於赫默斯之方法耗時約2個月，需要純化數週，花費約$93/kg，包含昂貴的鹽酸(HCl)洗滌，需要留給個別科學家判斷之某一種技術，且合成經常對於形成消費等級產品而言不可接受之產物。

根據圖1，一種例示性基於赫默斯之方法包括：

1.在使用冰浴保持在0℃之反應燒瓶中將15公克(g)石墨添加至750毫升(mL)濃硫酸中。

2.將90g過錳酸鉀(KMnO₄)添加至石墨及硫酸中(放熱)。

3.自冰浴移出反應燒瓶，歷時2小時。

4.將反應燒瓶放回冰浴中。

5.經約1-1.5小時之過程逐滴添加1.5公升(L)水(H₂O)，同時使反應溫度維持在45℃(藉由水之添加速率並藉由將冰添加至融化冰浴中來控制溫度)。

6.自冰浴移出反應燒瓶，歷時2小時。

7.用4.2L H₂O及接著75mL 30%過氧化氫(H₂O₂)使反應驟冷。

8.經五次HCl洗滌，隨後九次H₂O洗滌來純化，使溶液風乾，歷時約2週，用水對經乾燥之氧化石墨進行補水，且透析2週。

合成碳基氧化物及還原碳基氧化物材料之方法

本發明之方法提供一種用於合成CBO及rCBO材料之更快、更安全、更廉價且穩定的程序。在一些實施例中，本發明提供用於合成氧化石墨及還原氧化石墨(例如，石墨烯、PCS或ICCN)之程序或方法。與製造氧化石墨之其他方法相比，本發明之方法能夠協調氧化特徵及剝離量，因較低反應溫度降低爆炸風險而比其他方法更安全，減少試劑，能夠實現加速純化而不使用成本高的HCl，經組態成完全可擴展，能夠實現產量增加，且合成機械及電子特徵穩定並可調且可有效地並精確地進行光雕或雷射雕刻之產品。

在一些實施例中，本文中所述之用於合成CBO及rCBO材料之方法因一或多種反應在小於45℃之溫度下進行而更安全，其中當前方法之反應可能超過75℃。

在一些實施例中，本發明之方法能夠合成至少每天約1磅的CBO或rCBO材料，包括純化時間。在一些實施例中，工藝僅受反應器之大小限制，此能夠實現CBO及rCBO材料之噸級規模製造。在一些實施例中，本文中所述之用於合成CBO及rCBO材料之方法耗時少於或等於1週，其中當前方法需要2、5或8倍之時間。在一個實例中，本文中所述之用於合成CBO及rCBO材料之方法花費約$21/kg，其中當前可用之方法花費約$93/kg(超過四倍之差異)。此外，在一些實施例中，根據CBO或rCBO材料之質量，本文中所述之方法比其他方法形成較少廢物。

在一些實施例中，本發明之方法提供一種CBO或rCBO材料，其組成(例如，C：O原子比、氧官能基之數量等)及/或形態在一系列樣品中在約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%或10%內為可重複的。在一個實例中，本發明之方法能夠製造具有在大量批次及樣品中在約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%或10%內可重複的C：O原子比之GO。在一些實施例中，本文中所述之方法的改良可靠性可歸因於較低反應溫度。

在一些實施例中，一種用於合成CBO材料(例如，GO或PCS)之方法包含氧化(第一反應)、第一純化、還原(第二反應)及最終純化。在一些實施例中，一種用於合成rCBO材料(例如，rGO)之方法包含氧化、純化、還原及最終純化。

在一些實施例中，氧化碳基之過程包含第一反應，該第一反應包括：混合石墨粉與硫酸(H₂SO₄)，同時使石墨粉與H₂SO₄混合物冷卻至第一預定溫度；將預定量之過錳酸鉀(KMnO₄)添加至石墨粉與H₂SO₄混合物中以形成石墨氧化混合物；攪動石墨氧化混合物，歷時預定量之時間(例如，在完成預定量之KMnO₄的添加之後)；使石墨氧化混合物冷卻至第二預定溫度；及將預定量之過氧化氫H₂O₂及/或冰添加至石墨氧化混合物中，產生氧化石墨。

在一些實施例中，將硫酸與石墨預混合以使石墨粉塵減至最少，且快速添加至反應器中。在一些實施例中，在一或多種反應過程期間混合速度為約100rpm。在一些實施例中，藉由一或多個冷卻旋管、冰、水、冷卻劑或其任何組合來冷卻反應。在一些實施例中，體積、數量、質量及時間段可適當地擴大規模以用於大規模製造。

在一些實施例中，由使石墨粉與H₂SO₄混合物冷卻所得之第一預定溫度為約0℃。在一些實施例中，由使石墨粉與H₂SO₄混合物冷卻所得之第一預定溫度為約-10℃至約15℃。在一些實施例中，由使石墨粉與H₂SO₄混合物冷卻所得之第一預定溫度為大於或等於約-10℃、-9℃、-8℃、-7℃、-6℃、-5℃、-4℃、-3℃、-2℃、-1℃或0℃，但小於或等於約1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、11℃、12℃、13℃、14℃或15℃。

在一些實施例中，在設定速率下將過錳酸鉀添加至石墨粉與H₂SO₄混合物中以保持放熱(例如，自動加熱)反應溫度低於約15℃。在一些實施例中，當將預定量之KMnO₄添加至石墨粉與H₂SO₄混合物中時，石墨氧化混合物之反應溫度小於或等於約15℃、14℃、13℃、12℃、11℃、10℃、9℃、8℃、7℃、6℃、5℃、4℃、3℃、2℃或1℃。在一些實施例中，在將預定量之KMnO₄添加至石墨粉與H₂SO₄混合物中時，石墨氧化混合物之反應溫度小於約15℃。

在一些實施例中，攪動可包含在約50轉/分鐘(rpm)至約150rpm之攪拌速率下攪拌。在一些實施例中，攪動可包括在至少約50rpm、60rpm、70rpm、80rpm、90rpm、100rpm、110rpm、120rpm、130rpm、140rpm 或150rpm之速率下攪拌。在一些實施例中，攪動可包含在小於約150rpm之攪拌速率下攪拌。在一些實施例中，用於攪動石墨氧化混合物之預定時間為約45分鐘至約300分鐘。在一些實施例中，用於攪動石墨氧化混合物之預定時間為至少約45分鐘、50分鐘、60分鐘、70分鐘、80分鐘、90分鐘、100分鐘、120分鐘、140分鐘、160分鐘、180分鐘、200分鐘、220分鐘、240分鐘、260分鐘、280分鐘或300分鐘。在一些實施例中，用於攪動石墨氧化混合物之預定時間為至少介於45分鐘與60分鐘之間、介於60分鐘與120分鐘之間、介於120分鐘與180分鐘之間、介於180分鐘與260分鐘之間及介於260分鐘與300分鐘之間。在一些實施例中，預定時間可能或可能不依賴於攪拌速率。在一些實施例中，在超出特定臨界值(例如，最小攪拌速率)以外及/或在特定範圍之攪拌速率內預定時間不依賴於攪拌速率。在一些實施例中，使在攪動期間石墨氧化混合物之反應溫度維持低於約45℃。在一些實施例中，使在攪動期間石墨氧化混合物之反應溫度維持在小於或等於約15℃。

在一些實施例中，藉由使石墨氧化混合物驟冷來實現使石墨氧化混合物冷卻至第二預定溫度。在一些實施例中，藉由用水、冰、冷卻旋管、冷卻劑或其任何組合使石墨氧化混合物驟冷來實現使石墨氧化混合物冷卻至第二預定溫度。在一些實施例中，第二預定溫度為約0℃。在一些實施例中，第二預定溫度為約0℃至約10℃。在一些實施例中，第二預定溫度大於或等於約0℃，但小於或等於約1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃或10℃。

在一些實施例中，本文中所提供之用於合成單層CBO或 rCBO之方法的第一反應(氧化)包括：混合石墨烯與硫酸；使溶液冷卻；添加過錳酸鉀粉末；冷卻反應；將碎冰添加至反應中；攪拌溶液；及使反應驟冷。在此等實施例中，石墨包括325sh天然片狀石墨。在一個實例中，對於每公斤石墨使用約32L 98%硫酸及約4.8kg過錳酸鉀粉末。在一個實例中，藉由一或多個冷卻旋管維持溶液溫度，其中藉由將冷卻旋管溫度設定至-2℃來使反應溫度維持在約-10℃。在此等實施例中，經約1.5小時之時間段添加過錳酸鉀粉末，同時使反應溫度維持低於約15℃。在一個實例中，藉由一或多個冷卻旋管來維持溶液溫度，其中藉由使反應管溫度升高至約12℃來使反應溫度經約1.5至約2小時升溫至約20-30℃。在一個實例中，藉由一或多個冷卻旋管維持溶液溫度，其中藉由使反應管冷卻至約-2℃來使反應溫度進一步維持在約30℃，歷時約30分鐘。在此等實施例中，經約1小時之過程將約32kg碎冰添加至反應中，其中反應溫度爬升至約50℃。在此等實施例中，攪拌或攪動溶液約1小時。在此等實施例中，藉由添加每公斤石墨約72kg冰及/或30%過氧化氫(約2L)來使反應驟冷，從而中止及中和反應。

在一些實施例中，本文中所提供之製造多層CBO或rCBO之方法的第一反應(氧化)包括：混合石墨烯與硫酸以形成溶液；使該溶液冷卻；將過錳酸鉀粉末添加至溶液中；攪拌溶液及過錳酸鉀；及使反應驟冷。在此實施例中，石墨為高度剝離，碾磨，小片，大表面積，9微米片狀尺寸，或其任何組合。在此等實施例中，對於每公斤石墨使用約25L 98%硫酸及約2kg過錳酸鉀粉末。在一個實例中，藉由一或多個冷卻旋管維持溶液溫度，其中藉由將冷卻旋管設定至約-2℃來使溶液冷卻至約-10℃溫度。在一個實例中，經約45分鐘至約1.5小時之時間段添加過錳酸鉀粉末以保持反應溫度低於約15℃。在此等實施例中，過錳酸鉀、石墨及硫酸在約15℃之反應溫度下反應，歷時約30分鐘之時間段。在此等實施例中，在約15℃之反應溫度下攪拌或攪動溶液約30分鐘。在此等實施例中，藉由添加約125kg冰及/或1L 30%過氧化氫來使反應驟冷，從而中止及中和反應。

在一些實施例中，第一反應後之第一純化步驟包括第一過濾，其移除雜質，諸如硫酸、氧化錳及硫酸錳，且溶液之pH值增加至至少約5。在一些實施例中，第一純化步驟包括用水(例如，去離子水)沖洗GO，藉由化學透析來純化氧化石墨，或其組合(例如，沖洗，隨後透析)。在一些實施例中，對於單層或多層CBO/rCBO而言，第一反應後CBO之硫酸濃度分別為約30%或約60%，對應於約0之pH值。在一些實施例中，當溶液之pH值為約5，對應於約0.00005%之酸濃度時完成過濾。在一些實施例中，第一過濾包含氧化後純化。在一些實施例中，過濾後溶液中GO之濃度為約1質量%(例如，100L水溶液中之1kg GO)。

在一些實施例中，在純化之後濃縮CBO或rCBO以移除水及/或酸，從而形成例如1重量% GO溶液。在一些實施例中，對於某些應用需要特定GO重量百分比，且從而形成乾粉及水溶液。

在一些實施例中，CBO或GO還原形成rCBO或rGO分別包含第二反應。在一些實施例中，第二反應包含將CBO加熱至約90℃及經約一小時之過程添加過氧化氫。在一些實施例中，第二反應進一步包含經約30分鐘至約60分鐘之過程添加抗壞血酸鈉(例如，C₆H₇NaO₆)。在一個實例中，第二反應使用約1L至約2L 30%過氧化氫，及在約100公升中每kg GO 約5kg抗壞血酸鈉(抗壞血酸之鈉鹽)。在一些實施例中，反應繼續在約90℃下再加熱約1.5至約3小時，隨後添加抗壞血酸鈉。在一些實施例中，反應繼續在約90℃下再加熱約1.5小時之時間段，其中反應在90℃之溫度下進行約6小時。

在一些實施例中，在第二反應之前溶液中GO以質量計之濃度為約0%至約2%(例如，0-2kg/100L水溶液)。在一些實施例中，GO以質量計之濃度介於約0%與0.5%之間、介於0%與1%之間、介於0%與1.5%之間、介於0%與2%之間、介於0.5%與1%之間、介於0.5%與1.5%之間、介於0.5%與2%之間、介於1%與1.5%之間、介於1%與2%之間或介於1.5%與2%之間。在一些實施例中，GO以質量計之濃度小於約2%、1.5%、1%、0.5%、0.25%、0.1%或更小。在一些實施例中，GO之濃度受限於可溶解於水中同時維持製造所需之流動性之GO數量。在一些實施例中，在2%或更大之濃度(亦即，100L水中之2kg或更多GO)下溶液變黏。在一些實施例中，較高濃度(例如，1質量%)減少所需之水體積，此可縮短過濾時間，因為溶液體積愈大，過濾過程愈久。在一些實施例中，在第二反應結束時濾出一定數量之水。

在一些實施例中，每公斤GO之30%過氧化氫之體積介於約10L與100L之間，或介於約1kg與10kg之間。在一些實施例中，每公斤GO之過氧化氫之體積(例如，濃度為約30重量%)介於約10L與20L之間、介於10L與30L之間、介於10L與40L之間、介於10L與50L之間、介於10L與60L之間、介於10L與70L之間、介於10L與80L之間、介於10L與90L之間、介於10L與100L之間、介於20L與30L之間、介於 20L與40L之間、介於20L與50L之間、介於20L與60L之間、介於20L與70L之間、介於20L與80L之間、介於20L與90L之間、介於20L與100L之間、介於30L與40L之間、介於30L與50L之間、介於30L與60L之間、介於30L與70L之間、介於30L與80L之間、介於30L與90L之間、介於30L與100L之間、介於40L與50L之間、介於40L與60L之間、介於40L與70L之間、介於40L與80L之間、介於40L與90L之間、介於40L與100L之間、介於50L與60L之間、介於50L與70L之間、介於50L與80L之間、介於50L與90L之間、介於50L與100L之間、介於60L與70L之間、介於60L與80L之間、介於60L與90L之間、介於60L與100L之間、介於70L與80L之間、介於70L與90L之間、介於70L與100L之間、介於80L與90L之間、介於80L與100L之間或介於90L與100L之間。在一些實施例中，每1kg GO之過氧化氫(例如，濃度為約30重量%)之體積大於或等於約10L、20L、30L、40L、50L、60L、70L、80L、90L或100L過氧化氫(例如，濃度為約30重量%)。在一些實施例中，每1kg GO之過氧化氫(例如，濃度為約30重量%)之體積小於約100L、90L、80L、70L、60L、50L、40L、30L、20L或15L過氧化氫(例如，濃度為約30重量%)。在一些實施例中，相當於任何前面所提及之30%溶液之量的過氧化氫之體積係以具有不同濃度之溶液，或以濃縮或純形式(例如，90%-100重量%)添加。在一些實施例中，相當於任何前面所提及之30%溶液之量的過氧化氫之量係以以100%(或純)溶液計之體積表示。在一些實施例中，相當於任何前面所提及之30%溶液之量的過氧化氫之量係以莫耳或以過氧化氫之重量(例如，每1kg GO提供介於約3kg(或88 莫耳)及30kg(或882莫耳)之間的(純)H₂O₂)表示。在一些實施例中，相當於任何前面所提及之30%溶液之量的過氧化氫之量係以每1kg GO介於約3kg與6kg之間、介於3kg與9kg之間、介於3kg與12kg之間、介於3kg與15kg之間、介於3kg與18kg之間、介於3kg與21kg之間、介於3kg與24kg之間、介於3kg與27kg之間、介於3kg與30kg之間、介於6kg與9kg之間、介於6kg與12kg之間、介於6kg與15kg之間、介於6kg與18kg之間、介於6kg與21kg之間、介於6kg與24kg之間、介於6kg與27kg之間、介於6kg與30kg之間、介於9kg與12kg之間、介於9kg與15kg之間、介於9kg與18kg之間、介於9kg與21kg之間、介於9kg與24kg之間、介於9kg與30kg之間、介於12kg與15kg之間、介於12kg與18kg之間、介於12kg與21kg之間、介於12kg與24kg之間、介於12kg與27kg之間、介於12kg與30kg之間、介於15kg與18kg之間、介於15kg與21kg之間、介於15kg與24kg之間、介於15kg與30kg之間、介於18kg與21kg之間、介於18kg與24kg之間、介於18kg與27kg之間、介於18kg與30kg之間、介於21kg與24kg之間、介於21kg與27kg之間、介於21kg與30kg之間、介於24kg與27kg之間、介於24kg與30kg之間或介於27kg與30kg之間的純過氧化氫之重量表示。在一些實施例中，相當於任何前面所提及之30%溶液之量的每1kg GO之純過氧化氫之量係以大於或等於約3kg、6kg、9kg、12kg、15kg、18kg、21kg、24kg或30kg之重量表示。在一些實施例中，相當於任何前面所提及之30%溶液之量的每1kg GO之純過氧化氫之量係以小於約30kg、24kg、21kg、18kg、15kg、12kg、9kg、6kg或4.5kg之重量表示。

在一些實施例中，每1kg GO之抗壞血酸鈉之質量介於約1kg與10kg之間、介於之間約1kg與2kg之間、介於1kg與3kg之間、介於1kg與4kg之間、介於1kg與5kg之間、介於1kg與6kg之間、介於1kg與7kg之間、介於1kg與8kg之間、介於1kg與9kg之間、介於1kg與10kg之間、介於2kg與3kg之間、介於2kg與4kg之間、介於2kg與5kg之間、介於2kg與6kg之間、介於2kg與7kg之間、介於2kg與8kg之間、介於2kg與9kg之間、介於2kg與10kg之間、介於3kg與4kg之間、介於3kg與5kg之間、介於3kg與6kg之間、介於3kg與7kg之間、介於3kg與8kg之間、介於3kg與9kg之間、介於3kg與10kg之間、介於4kg與5kg之間、介於4kg與6kg之間、介於4kg與7kg之間、介於4kg與8kg之間、介於4kg與9kg之間、介於4kg與10kg之間、介於5kg與6kg之間、介於5kg與7kg之間、介於5kg與8kg之間、介於5kg與9kg之間、介於5kg與10kg之間、介於6kg與7kg之間、介於6kg與8kg之間、介於6kg與9kg之間、介於6kg與10kg之間、介於7kg與8kg之間、介於7kg與9kg之間、介於7kg與10kg之間、介於8kg與9kg之間、介於8kg與10kg之間或介於9kg與10kg之間。在一些實施例中，每1kg GO之抗壞血酸鈉之質量大於或等於約1kg、2kg、3kg、4kg、5kg、6kg、7kg、8kg、9kg或10kg。在一些實施例中，每1kg GO之抗壞血酸鈉之質量小於約15kg、14kg、13kg、12kg、11kg、10kg、9kg、8kg、7kg、6kg、5kg、4kg、3kg、2kg或1.5kg。

在一些實施例中，在第二反應期間之反應溫度為約60℃至約180℃。在一些實施例中，在第二反應期間之反應溫度包含各種溫度或恆定溫度。在一些實施例中，在第二反應期間之反應溫度介於約60℃與80℃之間、介於60℃與90℃之間、介於60℃與100℃之間、介於60℃與120℃之間、介於60℃與140℃之間、介於60℃與160℃之間、介於60℃與180℃之間、介於80℃與90℃之間、介於80℃與100℃之間、介於80℃與120℃之間、介於80℃與140℃之間、介於80℃與160℃之間、介於80℃與180℃之間、介於90℃與100℃之間、介於90℃與120℃之間、介於90℃與140℃之間、介於90℃與160℃之間、介於90℃與180℃之間、介於100℃與120℃之間、介於100℃與140℃之間、介於100℃與160℃之間、介於100℃與180℃之間、介於120℃與140℃之間、介於120℃與160℃之間、介於120℃與180℃之間、介於140℃與160℃之間、介於140℃與180℃之間或介於160℃與180℃之間。在一些實施例中，允許或不允許在第二反應期間之反應溫度在特定範圍內改變或浮動(例如，保持特定步驟之溫度恆定在特定範圍內之特定溫度或可在特定範圍內浮動)。在一些實施例中，(例如，在高於約100℃之溫度下)，反應室為密封的。

在一些實施例中，經轉化之GO的百分比(此後稱為「y」)為至少約90%、95%、98%、99%、99.5%或100%。在一些實施例中，介於90%與95重量%之間的GO經轉化。在其他實施例中，介於95%與95.5重量%之間的GO經轉化。在一些實施例中，每單位GO所產生之rGO的量取決於GO及rGO之氧含量。在一些實施例中，GO之C：O原子比介於約4：1與5：1之間，且rGO之氧含量小於或等於約5原子百分比。在一些實施例中，每公斤GO所產生之rGO的重量介於約0.75y公斤與0.84公斤之間。在一些實施例中，GO之C：O原子比介於約7：3與5：1之間，其中rGO之氧含量小於或等於約5原子百分比。在一些實施例中，每質量單位GO所產生之rGO的量介於約0.64y與0.84之間。在一些實施例中，GO之C：O原子比為至少約7：3，其中rGO之氧含量小於或等於約5原子百分比。在一些實施例中，每質量單位GO所產生之rGO的量為至少約0.64y。在一些實施例中，每質量單位GO所產生之rGO的量為至少約0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75或0.8。在一些實施例中，每質量單位GO所產生之rGO的量介於約0.5與0.85單位之間、介於0.6與0.8單位之間或介於0.7與0.8單位之間的rGO。

在一些實施例中，第二反應與第一反應分開進行。舉例而言，第二反應、隨後第二過濾可使用具有合適之規格的任何氧化石墨原料來進行。

在一些實施例中，在第二反應之後進行第二過濾或純化以移除例如抗壞血酸鈉、硫酸、氧化錳及錳鹽及其他鹽之雜質。

在一些實施例中，純化包括用去離子(DI)水(例如，用大量DI水)洗滌rGO溶液直至rGO溶液之導電率達到約50微西門子/公分(μS/cm)或更小。在一些實施例中，rGO溶液含有每kg rGO約4.95kg抗壞血酸鈉且導電率大於約200mS/cm。在一些實施例中，對於一些用途而言，對於使用rGO之一些工藝而言可能需要特別濃度，諸如約2重量%或更大。

在一些實施例中，純化包含切向流動過濾直至產物之pH值為約5。在一些實施例中，過濾器為具有約0.02微米孔徑之改良聚醚碸中空濾膜。可接著將經純化之GO濃縮成約1重量%之溶液。

在一些實施例中，純化包括經由例如2微米316不鏽鋼網過濾器進行真空過濾，其中將水沖洗通過rGO以移除所有鹽。在一些實施例中，當rGO溶液之導電率為約50μS/cm或更小時純化完成。

在一些實施例中，混合速度或攪拌速率(例如，在一或多種反應過程期間)為約200rpm。在一些實施例中，混合速度為至少約100rpm、110rpm、120rpm、130rpm、140rpm、150rpm、160rpm、170rpm、180rpm、190rpm或200rpm。在一些實施例中，混合速度介於約100rpm與約150rpm之間。在另一個實施例中，混合速度介於約150rpm與約200rpm之間。

在一些實施例中，當第一及第二反應在低於環境反應溫度下進行時所合成之產物顯示改良之電容，其中因此方法更安全且更易控制。在一些實施例中，環境反應溫度包含在無外部冷卻之室溫環境下進行之反應。反應條件包括彩虹反應(RR)，其為時間可變反應，由於在合成期間所產生之彩色光譜而如此命名。在一些實施例中，根據圖2，第一彩虹反應RR 1、第二彩虹反應RR 2及第三彩虹反應RR 3或其任何組合包含環境反應。在一些實施例中，低於環境反應進一步提高產物效能及方法穩定性與準確性。

在一個實例中，根據圖2，一種用於合成CBO或rCBO材料之方法包含以下時間可變RR：

RR 1)在約0℃下使用冰浴或冷卻旋管形成石墨及濃硫酸之溶液。

RR 2)添加KMnO₄(放熱)，同時使用冰浴或冷卻旋管使反應溫度維持低於約15℃。

RR 3)攪拌反應約45分鐘。

RR 4)藉由將冰及/或30% H₂O₂添加至反應混合物中來使反應驟冷。

RR 5)用一或多次H₂O洗滌純化氧化石墨，隨後為連續流透析約1週。

在一個實例中，石墨之質量為約15g，濃硫酸之體積為約 750mL，KMnO₄之質量為約90g，冰之質量為至少約2.6g，且H₂O₂之體積為至少約75mL。在一些實施例中，石墨以粉末形式提供。在一個實例中，總加工時間為約1週，且總成本為約$21/kg GO或rGO。

在一些實施例中，氧化劑(oxidizing agent)(本文中亦為「oxidizer」)之量可以氧化劑(KMnO₄)與石墨之比率(本文中亦為「Ox：Gr」)提供。在一個實例中，每15g石墨使用約90g KMnO₄，對應於約6x質量比Ox：Gr。在另一個實例中，如下使用約75mL 30% H₂O₂(例如，約30重量%之水溶液，對應於約0.66莫耳H₂O₂)：(i)每90g KMnO₄，對應於以重量計每單位KMnO₄約0.25單位H₂O₂或以莫耳計每單位KMnO₄約1.16單位H₂O₂；或(ii)每750mL濃度介於約96% H₂SO₄與98% H₂SO₄之間的濃硫酸(例如，以在水溶液中之重量計)，對應於約10：1之30% H₂O₂與濃硫酸之體積比率(例如，每10公升濃H₂SO₄為約1公升具有約30% H₂O₂之水溶液)。在另一個實例中，每1公斤石墨消耗約50公升濃H₂SO₄。本文其他地方，例如關於用於製造單層GO及多層GO之方法，提供量及比率之其他實例(例如，以每公斤氧化石墨計)。

在一些實施例中，攪拌時間可變化，其中基於最佳量測樣品選擇45分鐘。在一些實施例中，反應溫度可根據特別冷卻條件(例如，存在或不存在冰浴或冷卻旋管之冷卻)隨時間變化。

在一些實施例中，RR 5包含至少1、2、3、4、5(例如，5)次或更多次水洗滌。在一些實施例中，純化進一步包含額外的水純化過程，例如透析。在一些實施例中，透析包含將材料置於多孔管中及經由管壁將離子自材料移出(例如，溶出)至連續或分批更新之水浴中。在一些實施例中，方法包含或進一步包含一或多種除透析以外之過濾方法(例如，在H₂O洗滌之後，可應用另一種過濾方法以替代透析)。在一個實例中，過濾過程耗時小於約1週，其中過濾之持續時間可能取決於批量大小。舉例而言，根據上文，對於15g石墨批量，過濾可耗時小於或等於約1或2天。在一個實例中，總過濾(例如，透析)時間可小於或等於約7天、6天、5天、4天、3天、2天、1天或½天。在一些實施例中，較短過濾時間可將總加工時間縮短至小於或等於約7天、6天、5天、4天、3天、2天、1天或½天。

在一些實施例中，所有石墨均轉化成CBO或rCBO材料。在一些實施例中，每單位石墨所產生之CBO或rCBO材料之數量取決於CBO及rCBO材料之氧含量。在一些實施例中，所產生之CBO或rCBO材料之重量為所消耗之石墨烯之重量的約1至約3(例如，1.27或1.33)倍。在一些實施例中，CBO或rCBO材料之C：O原子比為約4：1及5：1，其中GO之C：O原子比可因單層及多層CBO及rCBO材料而不同(例如，如關於圖9所描述的)。因此，在一些實施例中，每單位石墨所產生之GO的量可因單層及多層CBO或rCBO而不同。

在一些實施例中，一或多種反應物之濃度會變化。在一實例中，硫酸在水溶液中之濃度介於約96%與98重量%之間。在一些實施例中，H₂O₂之數量可以H₂O₂之質量與KMnO₄之質量之間的比率表示，此可能會影響CBO或rCBO中錳類之數量。在其他實施例中，反應物之濃度及數量可由莫耳量表示。在一些實施例中，使用低於約96%(例如，以在水溶液中之重量計)之硫酸濃度可改變CBO或rCBO之形態，及/或降低含氧基團之濃度。

圖3、4、5及8展示CBO及rCBO之特徵。根據圖3，當 RR 1反應自動加熱(放熱)時，延長之RR 1反應在較高溫度下合成具有較低電容之CBO及rCBO材料。根據圖3，在10毫伏/秒(mV/s)之掃描速率下，比較例示性CBO及rCBO產物之電容及其反應溫度與反應時間(以小時計)之關係。

在一個實例中，已確定在6x Ox：Gr質量比及0-20小時之反應時間下，在10mV/s下及在20min時出現49mF/cm²之最大電容。在此實例中，對於藉由對藉由圖2之方法所產生之GO進行光雕所形成之ICCN量測RR 1時之峰值電容。在一些實施例中，未還原GO之RR 1時的峰值電容與rGO(ICCN)相同。

在一些實施例中，根據圖4，藉由保留石墨烯之具有較少氧化損傷的更原始sp2結構，較短RR 2反應時間導致較高電容。在一些實施例中，術語sp2為s、px及py原子軌道之雜交以形成具有120度角之平面三角形分子構型。在一些實施例中，在6x質量比Ox：Gr下，經0-2小時出現最佳RR2反應，此在約10mV/s下及在約15分鐘時產生約87mF/cm²之峰值電容。在此實例中，對於藉由對藉由圖2之方法使用對應於RR 2之過程#3所產生之GO進行光雕所形成之ICCN量測RR 2時之峰值電容。未還原GO之RR 2時的峰值電容與rGO(ICCN)大致相同。

在一些實施例中，根據圖5，RR 3中之較冷反應溫度能夠實現較大機會窗以在恰當的時間使反應驟冷。在一些實施例中，在6x質量比Ox：Gr及反應時間下發生最佳RR3反應，以產生在約10mV/s下在約45min時峰值電容為約459mF/cm²之產物。在此實例中，對於藉由對藉由圖2之方法(其中步驟3對應於RR 2)所產生之GO進行光雕所形成之ICCN量測RR 3時之峰值電容。未還原GO之RR 3時的峰值電容與rGO(ICCN)大致相同。

在一些實施例中，根據圖8，在RR 5中HCl洗滌之使用或次數不會對CGO或rCGO之電容具有顯著影響，而觀察到在洗滌循環次數中約11%之電容變動，並無可見趨勢。

在一些實施例中，最佳RR 5條件包含6x質量比Ox：Gr，在使用或不使用一或多次HCl洗滌之情況下冰浴冷卻0-1小時，此實現在約10mV/s下及約31min時約261mF/cm²之峰值電容。在此實例中，對於藉由對藉由圖2中之方法的修改版本所產生之GO進行光雕所形成之ICCN量測RR 5時之峰值電容。在一些實施例中，未還原GO之RR 5時的峰值電容與rGO(ICCN)大致相同。

在一些實施例中，自純化步驟移除HCl顯示電容無損失且顯著降低產物成本，同時加快純化程序。自純化步驟移除HCl可提供前面所提及之優勢中之一或多者(任何組合或全部)。

碳基氧化物或還原碳基氧化物材料

本發明之關於石墨烯所述之任何態樣至少在一些組態中可同樣應用於rGO(例如，ICCN或多孔碳片)，反之亦然。可對rGO(例如，石墨烯或ICCN)進行處理。在一些實施例中，rGO(例如，ICCN)包含二維(2-D)材料(例如，多孔碳片)或三維(3-D)材料(例如，ICCN)。在一些實施例中，主要二維或三維材料可能為不同應用及使用所需的。

在一些實施例中，ICCN包含複數個擴大及互連碳層，其中術語「擴大」係指複數個碳層擴大到相互分離，此意謂相鄰碳層之一部分間隔至少約2奈米(nm)。在一些實施例中，相鄰碳層之至少一部分間隔大於或等於約2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm或100nm。在一些實施例中，相鄰碳層之至少一部分間隔小於約3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm或100nm。在一些實施例中，相鄰碳層之至少一部分間隔介於約2nm與10nm之間、介於2nm與25nm之間、介於2nm與50nm之間或介於2nm與100nm之間。在一些實施例中，複數個碳層之導電率大於約0.1西門子/米(S/m)。在一些實施例中，複數個碳層中之每一者為具有僅一個碳原子厚度之二維材料。在一些實施例中，擴大及互連碳層中之每一者可包含至少一個或複數個波紋狀碳片，其各為一個原子厚。

圖9為多種碳形式905、910、915、920及925之例示性說明，其可能或可能不包含官能基，且可用於合成碳基材料陣列。在一些實施例中，特定碳形式包括一或多個羥基及/或環氧基官能基930、一或多個羧酸官能基935、一或多個其他官能基(例如，羰基官能基)或其任何組合。

在一些實施例中，碳形式包括石墨905，其中石墨包含複數個一個原子厚之碳片940(例如，大於或等於約100、1,000、10,000、100,000、1百萬、10百萬、100百萬或更多)。在一些實施例中，複數個碳片940相互堆疊在一起且因凡得瓦相互作用(van der Waals interactions)而黏在一起，以使得堆疊內部不可接近(例如，僅頂部及底部薄片可接近)。在一些實施例中，碳形式910包括石墨烯，其包含一個原子厚之碳片945，且可包含官能基。在一些實施例中，碳形式915包括氧化石墨烯(例如，在溶液狀態下之單一氧化石墨)，其包含一個原子厚之碳片950。

在一些實施例中，一或多個碳形式915可聚集，其中個別碳片960分離，或可因凡得瓦相互作用而保持分離。在一些實施例中，碳形式915包括一或多個羥基及/或環氧基官能基930，及一或多個羧酸官能基935，其中該等羥基及/或環氧基官能基930連接於碳片950之表面或以其他方式與其締合/鍵結於其。在一些實施例中，羧酸官能基935連接於碳片950之邊緣或以其他方式與其締合或鍵結於其。

在一些實施例中，碳形式920包含還原氧化石墨烯(例如，在溶液狀態下形成之PCS)，包含一個原子厚之碳片955。在一些實施例中，碳形式920包含一或多個羧酸官能基935連接於碳片955之邊緣或以其他方式與其締合或鍵結於其。

在一些實施例中，碳形式925包含兩層或多層氧化石墨烯(例如，在溶液狀態下之雙層或三層氧化石墨)，其中各碳片或層960為一個原子厚，且其中兩個或多個碳片或層960藉由凡得瓦相互作用而結合在一起。在一些實施例中，氧化石墨烯層數大於或等於2、3、4、5、6、7、8、9或10個碳片或層960。在一些實施例中，氧化石墨烯層數小於或等於10個碳片或層960(例如，多達10個碳片或層)。在一些實施例中，氧化石墨烯層數為介於2與3之間、介於2與4之間、介於2與5之間、介於2與6之間、介於2與7之間、介於2與8之間、介於2與9之間、介於2與10之間、介於3與4之間、介於3與5之間、介於3與6之間、介於3與7之間、介於3與8之間、介於3與9之間、介於3與10之間、介於4與5之間、介於4與6之間、介於4與7之間、介於4與8之間、介於4與9之間、介於4與10之間、介於5與6之間、介於5與7之間、介於5與8之間、介於5與9之間、介於5與10之間、介於6與7之間、介於6與8之間、介於6與9之間、介於6與10之間、介於7與8之間、介於7與9之間、介於7與10之間、介於8與9之間、介於8與10之間或介於9與10之間個碳片或層960。在一些實施例中，氧化石墨烯層數為2及4，或2及3個碳片或層960。在一些實施例中，氧化石墨烯層數為多達4個碳片或層960。在一些實施例中，氧化石墨烯層數為4個碳片或層960。

在一些實施例中，碳形式925包括一或多個羧酸官能基935，其中該等羧酸官能基935連接於一或多個碳片或層960之邊緣或以其他方式與其締合或鍵結於其。在一些實施例中，羧酸官能基935主要連接或鍵結於碳片或層960之堆疊中之頂部及底部碳片或層960的邊緣。在一些實施例中，羧酸官能基935可連接於任一個(例如，每一個，或至少2、3、4或更多個)碳片或層960之邊緣或以其他方式與其締合或鍵結於其。

在一些實施例中，官能基之存在及數量影響圖9中可見之碳形式之總碳與氧(C：O)原子比。舉例而言，碳形式925及915可在氧官能基之量及/或類型上不同。在另一個實例中，碳形式925可在碳形式905氧化後產生，而碳形式925可進一步氧化成碳形式915。在一些實施例中，圖9中之每一種碳形式可經由一或多種途徑產生，及/或至少在一些實施方案中，圖9中之至少一些碳形式可互相轉化。舉例而言，碳形式915可經由替代性途徑形成。

圖10示意性地說明包含還原氧化石墨之另一種碳形式1000 之實例。在一些實施例中，碳形式1000包含互連波紋狀碳基網狀物(ICCN)，其包含複數個擴大及互連碳層1005，該等碳層互連且擴大到相互分離以形成複數個孔1010。圖10說明由對rCBO去氧所得之例示性ICCN之橫截面圖。

圖11示意性地說明還原氧化石墨之另一種碳形式1100之實例，其包含由包括波紋狀碳層(諸如單個波紋狀碳片1105)之複數個擴大及互連碳層組成之互連波紋狀碳基網狀物(ICCN)。在一些實施例中，擴大及互連碳層中之每一者包含至少一個為一個原子厚之波紋狀碳片。在另一個實施例中，擴大及互連碳層中之每一者包含複數個各為一個原子厚之波紋狀碳片。在一些實施例中，單層GO包含介於約93%與96%(例如，以重量計)之間的單一氧化石墨烯(例如，圖9中之碳形式915)。在一些實施例中，多層GO包含層數之特定分佈(例如，以重量計)(例如，具有不同層數之碳形式925之分佈)。舉例而言，多層GO可包含大於或等於約5%、10%、15%、25%、50%、75%、85%、90%或95%(例如，以重量計)之具有特定層數(例如，3或4個)之碳形式925。在其他實例中，多層GO包含以重量計介於5%與25%之間、介於25%與50%之間、介於50%與75%之間及介於75%與95%之間的具有特定層數之碳形式925。在一些實施例中，多層GO包含一定百分比之碳形式925以及小於或等於約95%、90%、75%、50%、25%、15%、10%或5%(例如，以重量計)之另一種具有不同層數之碳形式925。在一些實施例中，多層GO可包含小於約95%、90%、85%、75%、50%、25%、15%、10%或5%(例如，以重量計)之具有特定層數之碳形式925。在一些實施例中，rGO實質上包含sp2碳，實質上包含非sp2碳，或包含sp2碳與非sp2 碳之混合物。

在一些實施例中，藉由本發明之一種方法所合成之CBO及/或rCBO材料展現特別或最小純度或等級。在一些實施例中，根據純化後離子導電率提供CBO或rCBO(例如，氧化石墨)之純度或等級。

另外，本文中所提供之方法考慮導電率之可調性、氧化石墨烯薄片之層數及CBO或rCBO之氧化程度。在一些實施例中，可調整反應條件以合成包含單層氧化石墨或多層氧化石墨之兩種形式之CBO，其中每一形式展現獨特物理化學性質及/或效能特徵，諸如導電率或純度。

氧化石墨可用作製造石墨烯、互連波紋狀碳基網狀物(ICCN)之原料，其中每一ICCN包含複數個擴大及互連碳層、多孔碳片(PCS)或自氧化石墨衍生之其他材料。還原形式之氧化石墨(rGO)可包含三維(例如，ICCN)形式之碳、二維(例如，多孔碳片)形式之碳或其組合(例如，包含二維與三維形式之碳的材料)。在一些實施例中，rGO為多孔的。

在一些實施例中，藉由本發明之方法所產生之CBO及rCBO材料展現一致的可重複之氧官能基、氧化及剝離程度，此限制吸水性以允許CBO及rCBO材料有效地進行光雕(例如，雷射雕刻)。在一些實施例中，未恰當氧化及剝離之CBO(例如，氧化石墨)吸收過多的水，此水可吸收大量能量以抑制CBO有效地進行光雕(例如，雷射雕刻)之能力，例如過氧化之氧化石墨可包含過量及/或不適合類型之氧官能基，從而使得過量的水被吸收。

在一些實施例中，由對碳基膜(諸如由氧化石墨形成之彼等者)進行光雕(例如，雷射雕刻)來產生ICCN。在一些實施例中，rGO產生高導電性及高表面積之雷射雕刻石墨烯(laser-scribed graphene，LSG)框架，其為ICCN之一種形式。在一些實施例中，形成ICCN(例如，多孔ICCN)包括將包含CBO及液體之溶液置於基板上，自該溶液蒸發該液體以形成膜，及使膜曝露於光。在一些實施例中，光源包含雷射、閃光燈或其他高強度光源，其中光之強度為約5毫瓦至約350毫瓦。在一些實施例中，藉由本文中所述之方法所產生之GO未經光雕。

在一些實施例中，ICCN包含擴大之互連碳層網狀物，且展現高表面積及導電率。在一些實施例中，ICCN之表面積大於或等於約500平方米/公克(m²/g)、1000m²/g、1400m²/g、1500m²/g、1750m²/g或2000m²/g。在一些實施例中，ICCN之表面積介於約100m²/g與1500m²/g之間、介於500m²/g與2000m²/g之間、介於1000m²/g與2500m²/g之間或介於1500m²/g與2000m²/g之間。在一些實施例中，ICCN展現導電率大於或等於約1500S/m、1600S/m、1650S/m、1700S/m、1750S/m、1800S/m、1900S/m或2000S/m。在一個實施例中，ICCN展現導電率大於約1700S/m及表面積大於約1500m²/g。在另一個實施例中，ICCN展現導電率為約1650S/m及表面積為約1520m²/g。在一些實施例中，GO還原形成rGO，其中rGO展現更適合光雕之較高導電率。

在一些實施例中，ICCN具有僅3.5%之極低氧含量。在一些實施例中，ICCN之氧含量範圍介於約1%與5%之間、介於1%與4%之間、介於1%與3%之間、介於1%與2%之間、介於0%與1%之間、介於0%與2%之間、介於0%與3%之間、介於0%與4%之間、介於0%與5%之間、介於2%與3%之間、介於2%與4%之間、介於2%與5%之間、介於3%與4%之間、介於3%與5%之間或介於4%與5%之間。在一些實施例中，ICCN可具有小於或等於約5%、4.5%、4%、3.5%、3%、2.5%、2%、1.5%、1%或0.5%之氧含量。在一些實施例中，藉由X射線光電子光譜(XPS)(例如，以原子百分比計)量測氧含量。在一些實施例中，ICCN展現低氧含量、高表面積及合適之(例如，不會過高且不會過低)導電率，包括前面所提及之氧含量、表面積及導電率之任何組合。

在一些實施例中，一或多個多孔碳片(PCS)可由GO或rGO形成。在一些實施例中，rGO可分散於各種溶液中。在一些實施例中，藉由在溶液狀態下進行化學還原來形成PCS。在一些實施例中，PCS之氧含量小於或等於約10%、9%、8%、7%、6%、5%、4.5%、4%、3.5%、3%、2.5%、2%、1.5%、1%或0.5%。在一些實施例中，PCS之孔徑小於或等於約10奈米(nm)、9nm、8nm、7nm、6nm、5nm、4nm、3nm、2nm或1nm。在一些實施例中，PCS之孔徑大於或等於約1nm。在一些實施例中，PCS之孔徑介於約1nm與2nm之間、介於1nm與3nm之間、介於1nm與4nm之間、介於1nm與5nm之間、介於1nm與6nm之間、介於1nm與7nm之間、介於1nm與8nm之間、介於1nm與9nm之間、介於1nm與10nm之間、介於2nm與3nm之間、介於2nm與4nm之間、介於2nm與5nm之間、介於2nm與6nm之間、介於2nm與7nm之間、介於2nm與8nm之間、介於2nm與9nm之間、介於2nm與10nm之間、介於3nm與4nm之間、介於3nm與5nm之間、介於3nm與6nm之間、介於3nm與7nm之間、介於3nm與8nm之間、介於3nm與9nm之間、介於3nm與10nm之間、介於4nm與5nm之間、介於4nm與6nm之間、介於4nm與7nm 之間、介於4nm與8nm之間、介於4nm與9nm之間、介於4nm與10nm之間、介於4nm與5nm之間、介於4nm與6nm之間、介於4nm與7nm之間、介於4nm與8nm之間、介於4nm與9nm之間、介於5nm與10nm之間、介於6nm與7nm之間、介於6nm與8nm之間、介於6nm與9nm之間、介於6nm與10nm之間、介於7nm與8nm之間、介於7nm與9nm之間、介於7nm與10nm之間、介於8nm與9nm之間、介於8nm與10nm之間或介於9nm與10nm之間。在一些實施例中，PCS之孔徑介於約1nm與4nm之間或介於1nm與10nm之間。PCS可具有一或多種孔徑(例如，PCS可具有該等孔徑之一種分佈)。

在一些實施例中，GO可能不需要為還原的，其中未還原GO之電容及/或導電率可與rGO(例如，ICCN)實質上相同，因為在一些情況下，僅氧化石墨之邊緣，而內部材料維持石墨烯(例如，參看圖9中之碳形式925)之導電性質的很大一部分。在一些實施例中，藉由本文中之方法所產生之GO及rGO當氧化(例如，由碳形式905)成碳形式925時可展現相似氧化程度。在一些實施例中，GO之性質實質上與由圖9中之一或多種氧化碳形式所產生之rGO相同或相似(例如，實質上與由碳形式925所產生之rGO相同或相似)。在其他實施例中，GO或rGO之導電率介於0.1S/m與0.5S/m、0.5S/m與1S/m、1S/m與10S/m、10S/m與100S/m、100S/m與500S/m、500S/m與1000S/m、1000S/m與1700S/m之間。

在一些實施例中，GO之進一步氧化改變其性質，其中例如碳形式925進一步氧化成碳形式915，形成與rGO不同之產物。舉例而言，根據圖7A，包含氧化成碳形式925之GO(例如，包含具有3至5個碳片或層960之數層氧化石墨烯)之裝置可具有與圖7A中之裝置實質上相同之效能。然而，舉例而言，當進一步氧化成碳形式915時，相同裝置可能或可能不具有與圖7A中之裝置實質上相同之效能。

在一些實施例中，包含至少一個包含藉由本文中所提供之方法所形成之未還原或還原GO的電極之雙層裝置之電容(例如，峰值電容)大於或等於約1mF/cm²、2mF/cm²、3mF/cm²、4mF/cm²、5mF/cm²、6mF/cm²、7mF/cm²、8mF/cm²、9mF/cm²、10mF/cm²、15mF/cm²、20mF/cm²、25mF/cm²、30mF/cm²、40mF/cm²、50mF/cm²、60mF/cm²、70mF/cm²、80mF/cm²、90mF/cm²、100mF/cm²、110mF/cm²、120mF/cm²、130mF/cm²、140mF/cm²、150mF/cm²、160mF/cm²、170mF/cm²、180mF/cm²、190mF/cm²、200mF/cm²、210mF/cm²、220mF/cm²、230mF/cm²、240mF/cm²、250mF/cm²、260mF/cm²、270mF/cm²、280mF/cm²、290mF/cm²、300mF/cm²、310mF/cm²、320mF/cm²、330mF/cm²、340mF/cm²、350mF/cm²、360mF/cm²、370mF/cm²、380mF/cm²、390mF/cm²、400mF/cm²、410mF/cm²、420mF/cm²、430mF/cm²、440mF/cm²、450mF/cm²、460mF/cm²、470mF/cm²、480mF/cm²、490mF/cm²、500mF/cm²、550mF/cm²、600mF/cm²、650mF/cm²、700mF/cm²、750mF/cm²、800mF/cm²或更大。在一些實施例中，包含至少一個包含藉由本文中所提供之方法所形成之未還原或還原GO的電極之雙層裝置之電容大於或等於1mF/cm²與10mF/cm²之間、10mF/cm²與100mF/cm²之間、100mF/cm²與500mF/cm²之間及500mF/cm²與1000mF/cm²之間。在一些實施例中，包含至少一個包含藉由本文中所提供之方法所形成之未還原或還原GO的電極之雙層裝置之導電率大於或等於約0.1西門子/米(S/m)、0.5S/m、1S/m、10S/m、15S/m、25S/m、 50S/m、100S/m、200S/m、300S/m、400S/m、500S/m、600S/m、700S/m、800S/m、900S/m、1,000S/m、1,100S/m、1,200S/m、1,300S/m、1,400S/m、1,500S/m、1,600S/m或1,700S/m。因此，GO可因此在還原之前與之後(例如，參看圖7A)用於例如雙層裝置之裝置中。在例如雙層裝置中兩種材料之效能可實質上相同。

在一些實施例中，藉由甲基藍吸收來量測CBO或rCBO之導電率、表面積或C：O比率。

包含碳基氧化物及還原碳基氧化物之裝置

在一些實施例中，本文中所述之方法合成能夠形成面積電容為至少約228mF/cm²之高效能雙層電容器之CBO及rCBO材料，其中當前方法僅可能能夠形成面積電容為約4.04mF/cm²之雙層電容器。因此，本文中所述之方法能夠合成CBO及rCBO材料，其能夠形成電容大於(例如，為至少約2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55或60倍)由藉由當前方法所形成之CBO或rCBO材料形成之電容器的雙層電容器。

由藉由本文中所提供之方法(45min之RR 3)所形成之CBO構造之例示性雙層裝置(雙層電容器)的效能特徵展示於圖6及表1中。

圖7A展示具有包含藉由本文中所提供之方法所產生之經光雕rGO(ICCN)的電極之雙層電容器在1,000mV/s之掃描速率下之例示性循環伏安法(CV)掃描。圖7B展示具有包含經光雕GO材料及未經光雕GO材料之電極的雙層電容器在1,000mV/s之掃描速率下之例示性循環伏安法(CV)掃描。根據圖7A，因為包含由藉由本文中所揭示之方法所合成之未還原GO形成之電極的例示性裝置之CV掃描(未圖示)基本上等同於藉由所提供之方法所產生之經光雕rGO(ICCN)的CV掃描，所以光雕之影響可能不重要。相比之下，根據圖7B，光雕改變例示性GO材料之效能特徵。在一些實施例中，藉由本文中所提供之方法所產生之經光雕rGO(ICCN)展現在1000mV/s下之電容為經光雕GO材料及未經光雕GO材料之電容的至少約35倍。

根據本文中所述之實施例，圖12為例示性CBO之粒子分佈圖。根據本文中所述之實施例，圖13為例示性CBO之X射線繞射(XRD)圖。根據本文中所述之實施例，圖14為例示性CBO之X射線光電子光譜(XPS)圖。根據本文中所述之實施例，圖15為例示性rCBO之粒徑分佈圖。根據本文中所述之實施例，圖16為例示性rCBO之拉曼光譜。

在一些實施例中，根據圖17，藉由將GO材料滴鑄於矽晶圓上，將GO材料及晶圓乾燥約12小時之時間段，且用薄層二氧化矽(SiO₂)塗佈經乾燥之GO材料來形成例示性GO材料薄片。圖17中由此形成之裝置的例示性光學顯微鏡圖像展示GO薄片之橫向尺寸分佈。矽晶圓上之塗有SiO₂之例示性GO材料的低倍及高倍掃描電子顯微鏡(SEM)圖像分別展示於圖18A及18B中。

碳基氧化物或還原碳基氧化物材料之應用

本發明中所述之CBO及rCBO材料可用於各種應用中，包括(但不限於)：超級電容器、電池、儲能裝置、催化劑、結構材料、水過濾、電池、藥物傳遞、氫儲存、導電墨水、電子設備、汽車、航空航天技術、噴墨印刷、網版印刷、印刷電路板、射頻識別晶片、智能織物、導電塗層、凹版印刷、柔版印刷、防靜電塗層、電極、電磁干擾屏蔽、印刷電晶體、記憶體、傳感器、大面積加熱器、熱電材料、潤滑劑及熱管理系統。

在一些實施例中，CBO及rCBO材料形成用於聚合物及氧化物之增強材料。在一些實施例中，由CBO及rCBO材料形成之纖維展現強電子及機械性質且充當當前用於汽車及航空航天工業中之碳纖維的替代物。CBO及rCBO材料可用於製造能夠實現過濾過程中之高產量速率及能耗減少的高選擇性膜。CBO及rCBO電極可提供具有高能量容量之儲能裝置。在一些實施例中，CBO及rCBO材料展現可形成具有極高表面積及電容之超級電容器。一些CBO及rCBO材料之水溶性及生物相容性可形成載藥裝置。最後，CBO及rCBO材料可能能夠有效地高效地儲存氫。

術語及定義

除非另外定義，否則本文中所使用之所有技術術語均具有與熟習此項技術者通常所理解相同的含義。如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，除非上下文另外明確指示，否則單數形式「一」及「該」包括複數指示物。除非另有說明，否則本文中對「或」之任何提及意欲涵蓋「及/或」。

如本文中所使用及除非另外定義，否則術語「約」係指在指定值加及/或減10%內之一系列值。

如本文中所使用及除非另外定義，否則術語「氧化石墨」與「氧化石墨烯」可互換使用。在一些情況下，氧化石墨及氧化石墨烯在本文中統稱為「GO」。出於本發明之目的，術語「還原氧化石墨」與「還原氧化石墨烯」可互換使用。在一些情況下，還原氧化石墨及還原氧化石墨烯在本文中統稱為「rGO」。

如本文中所使用及除非另外定義，否則術語「CBO」及「rCBO」分別係指碳基氧化物及還原碳基氧化物。

雖然本文已展示及描述本發明之較佳實施例，但該等實施例僅以實例之方式提供對於熟習此項技術者將為顯而易見的。在不脫離本發明之情況下熟習此項技術者將會想到各種變動、改變及替代。應瞭解本文中所述之本發明之實施例的各種替代方案可用於實踐本發明。希望以下申請專利範圍定義本發明之範疇且由此涵蓋在此等申請專利範圍及其等效物之範疇內的方法及結構。

Claims

一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度；●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液；●攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料，其中該碳基氧化物材料包括石墨、氧化石墨、還原碳基氧化物材料、互連波紋狀碳基網狀物(ICCN)或多孔碳片(PCS)。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該石墨包括石墨粉、片狀石墨、碾磨石墨、膨脹石墨、非晶質石墨、脈石墨或其任何組合。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該石墨之碳含量以重量計為約1%至約100%。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該石墨之離子導電率為約1μS/cm至100μS/cm。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該石墨之粉目數尺寸(mesh size)為約30至200。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該酸包含強酸。
如申請專利範圍第6項之方法，其中該強酸包含高氯酸、氫碘酸、氫溴酸、鹽酸、硫酸、對甲苯磺酸、甲烷磺酸或其任何組合。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該酸之質量比該石墨之質量大約30至約180倍。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該酸之濃度為約90重量%至約99重量%。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一溫度為約-20℃至約30℃。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一氧化劑包括氧氣、臭氧、過氧化氫、螢石二氧化物、過氧化鋰、過氧化鋇、氟氣、氯氣、硝酸、硝酸鹽化合物、硫酸、過氧二硫酸、過氧單硫酸、亞氯酸鹽、氯酸鹽、過氯酸鹽、鹵素化合物次氯酸鹽、次鹵酸鹽化合物、家用漂白劑、六價鉻化合物、鉻酸、重鉻酸、三氧化鉻、氯鉻酸吡啶鹽、鉻酸鹽化合物、重鉻酸鹽化合物、過錳酸鹽化合物、過錳酸鉀、過硼酸鈉、一氧化氮、硝酸鉀、鉍酸鈉或其任何組合。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一氧化劑之質量比該石墨之質量大約1.5至約12倍。
如申請專利範圍第1項之方法，其中經約10分鐘至約180分鐘之時間段將該第一氧化劑添加至該第一溶液中。
如申請專利範圍第1項或第13項之方法，其中在該第一氧化劑之添加期間該第二溶液之溫度小於約30℃。
如申請專利範圍第1項之方法，其中將該第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成該第二溶液與攪拌該第二溶液同時進行。
如申請專利範圍第1項或第15項之方法，其中攪拌該第二溶液，歷時約10分鐘至約90分鐘之時間段。
如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括在攪拌該第二溶液之後經第一時間段使該第二溶液之反應溫度增加至第三溫度。
如申請專利範圍第17項之方法，其中該第三溫度為約15℃至約60℃。
如申請專利範圍第1項之方法，其中使該第二溶液驟冷包括添加冰。
如申請專利範圍第1項之方法，其中純化該第二溶液包括：●經由第一過濾器過濾該碳基氧化物材料；及●濃縮該碳基氧化物材料。
如申請專利範圍第20項之方法，其中經由過濾器過濾該碳基氧化物材料包括離心過濾、空端過濾、切向流過濾、固定相過濾、動態相過濾、表面過濾、深度過濾、真空過濾、再循環過濾或其任何組合。
如申請專利範圍第20項之方法，其中該第一過濾器包括布氏漏斗、表面過濾器、篩網、濾紙、帶式過濾器、鼓式過濾器、錯流過濾器、網狀過濾器、深度過濾器、聚合物膜、陶瓷膜、聚醚碸過濾器、中空過濾器、不鏽鋼過濾器、不鏽鋼網、碳纖維網、微型過濾器、超濾器、膜或任何組合。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度；●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液；●在約25rpm至約50rpm之攪拌速率下攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度；●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液； ●攪拌該第二溶液，其中經約45分鐘至240分鐘之第一時間段使該第二溶液之反應溫度增加至第三溫度；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度；●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液；●攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料，其中使該第二溶液驟冷包括添加冰，其中該冰為粉碎的。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度；●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液；●攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料，其中使該第二溶液驟冷包括添加冰，其中經約30分鐘至約120分鐘之時間段將第二氧化劑及該冰中之至少一者添加至該第二溶液中。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度；●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液； ●攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料，其中使該第二溶液驟冷包括添加冰，其中該冰之質量比該石墨之質量大約35至約250倍。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度；●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液；●攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料，其中該第二溫度為約0℃至約75℃。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度；●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液；●攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料，其中經約30分鐘至約120分鐘之時間段使該第二溶液驟冷至第二溫度。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度；●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液； ●攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料，其中使該第二溶液驟冷包括添加冰，且其進一步包括攪拌該冰及該第二溶液歷時約30分鐘至約120分鐘之時間段。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度；●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液；●攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料，其中使該第二溶液驟冷包括添加冰，且其進一步包括將第二氧化劑添加至該第二溶液及該冰中。
如申請專利範圍第31項之方法，其中該第二氧化劑包括氧氣、臭氧、過氧化氫、螢石二氧化物、過氧化鋰、過氧化鋇、氟氣、氯氣、硝酸、硝酸鹽化合物、硫酸、過氧二硫酸、過氧單硫酸、亞氯酸鹽、氯酸鹽、過氯酸鹽、鹵素化合物次氯酸鹽、次鹵酸鹽化合物、家用漂白劑、六價鉻化合物、鉻酸、重鉻酸、三氧化鉻、氯鉻酸吡啶鹽、鉻酸鹽化合物、重鉻酸鹽化合物、過錳酸鹽化合物、過錳酸鉀、過硼酸鈉、一氧化氮、硝酸鉀、鉍酸鈉或其任何組合。
如申請專利範圍第31項之方法，其中該第二氧化劑之質量比該石墨之質量大約1.5至約6倍。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度；●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液；●攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料，其中過濾該第二溶液包括：●經由第一過濾器過濾該碳基氧化物材料；及●濃縮該碳基氧化物材料，其中該第一過濾器之孔徑為約0.01微米至約0.05微米。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度；●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液；●攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料，其中過濾該第二溶液包括：●經由第一過濾器過濾該碳基氧化物材料；及●濃縮該碳基氧化物材料，其中過濾該碳基氧化物材料直至其pH值為約3至約7。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度； ●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液；●攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料，其中過濾該第二溶液包括：●經由第一過濾器過濾該碳基氧化物材料；及●濃縮該碳基氧化物材料，其中濃縮該碳基氧化物材料實現以重量計約0.25%至約3%之石墨濃度。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度；●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液；●攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料；●將該碳基氧化物材料加熱至第三溫度；●將第一數量之第三氧化劑添加至該碳基氧化物材料中；●將該碳基氧化物材料加熱至第四溫度，同時將第二數量之該第三氧化劑添加至該碳基氧化物材料中；●將礦物抗壞血酸鹽添加至該第三氧化劑至該碳基氧化物材料中以形成第三溶液；●攪拌該第三溶液；及●純化該第三溶液以形成還原碳基氧化物材料。
如申請專利範圍第37項之方法，其中將該碳基氧化物材料加熱至該第三溫度與將該第一數量之該第三氧化劑添加至該碳基氧化物材料中同時進行。
如申請專利範圍第37項之方法，其中該第三溫度為約45℃至約180℃。
如申請專利範圍第37項之方法，其中該第三氧化劑包括氧氣、臭氧、過氧化氫、螢石二氧化物、過氧化鋰、過氧化鋇、氟氣、氯氣、硝酸、硝酸鹽化合物、硫酸、過氧二硫酸、過氧單硫酸、亞氯酸鹽、氯酸鹽、過氯酸鹽、鹵素化合物次氯酸鹽、次鹵酸鹽化合物、家用漂白劑、六價鉻化合物、鉻酸、重鉻酸、三氧化鉻、氯鉻酸吡啶鹽、鉻酸鹽化合物、重鉻酸鹽化合物、過錳酸鹽化合物、過錳酸鉀、過硼酸鈉、一氧化氮、硝酸鉀、鉍酸鈉或其任何組合。
如申請專利範圍第37項之方法，其中該第三氧化劑之濃度為約15重量%至約60重量%。
如申請專利範圍第37項之方法，其中經約30分鐘至約120分鐘之時間段將該碳基氧化物材料加熱至該第三溫度，同時將該第一數量之該第三氧化劑添加至該碳基氧化物材料中。
如申請專利範圍第37項之方法，其中經約90分鐘至約360分鐘之時間段將該碳基氧化物材料加熱至該第四溫度，同時將該第一數量之該第三氧化劑添加至該碳基氧化物材料中。
如申請專利範圍第37項之方法，其中該第二數量之該第三氧化劑之質量為該石墨之質量的約1.1至約3倍。
如申請專利範圍第37項之方法，其中該礦物抗壞血酸鹽包括抗壞血酸鈉、抗壞血酸鈣、抗壞血酸鉀、抗壞血酸鎂或其任何組合。
如申請專利範圍第37項之方法，其中該礦物抗壞血酸鹽之質量為該石墨之質量的約2至約10倍。
如申請專利範圍第37項之方法，其中經約45分鐘至約180分鐘之時間段攪拌該碳基氧化物材料、該第三氧化劑及該礦物抗壞血酸鹽。
如申請專利範圍第37項之方法，其中純化該第三溶液以形成該還原碳基氧化物材料包括用第二過濾器過濾該第三溶液。
如申請專利範圍第48項之方法，其進一步包括用水沖洗該第三溶液，同時過濾該第三溶液。
如申請專利範圍第48項之方法，其中過濾該還原碳基氧化物材料包括離心過濾、空端過濾、切向流過濾、固定相過濾、動態相過濾、表面過濾、深度過濾、真空過濾、再循環過濾或其任何組合。
如申請專利範圍第48項之方法，其中該第二過濾器包括布氏漏斗、表面過濾器、篩網、濾紙、帶式過濾器、鼓式過濾器、錯流過濾器、網狀過濾器、深度過濾器、聚合物膜、陶瓷膜、中空過濾器、不鏽鋼過濾器、不鏽鋼網、碳纖維網、微型過濾器、超濾器、膜或任何組合。
如申請專利範圍第48項之方法，其中該第二過濾器之孔徑為約0.5微米至約5微米。
如申請專利範圍第48項之方法，其中純化該還原碳基氧化物材料直至其導電率為約1S/m至約10S/m。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度； ●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液；●攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料，其中該碳基氧化物材料包含單層。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度；●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液；●攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料，其中該碳基氧化物材料包含複數個層。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度；●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液；●攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料，其中該碳基氧化物材料之離子導電率為約5μS/cm至約100μS/cm。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度；●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液； ●攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料，其中該碳基氧化物材料之純度為約80%至約99.99%。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度；●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液；●攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料，其中該碳基氧化物材料包含之碳含量以重量計為約1%至約99%。
一種用於製造碳基氧化物材料之方法，其包括：●使包含石墨及酸之第一溶液冷卻至第一溫度；●將第一氧化劑添加至該第一溶液中以形成第二溶液；●攪拌該第二溶液；●使該第二溶液驟冷至第二溫度；及●純化該第二溶液以形成碳基氧化物材料，其中該方法能夠製造約0.1磅/天至約50磅/天之產量的碳基氧化物材料。