＊許景威 羅芳華 陳國(guó)華,3*

（1.華僑大學(xué)化工學(xué)院 福建 361021 2.華僑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 福建 361021 3.福建華峰新材料有限公司，福建省運(yùn)動(dòng)鞋面料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 福建 351164）

1.引言

石墨烯是一種具有六邊形蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu)的新型二維碳質(zhì)材料，因其同時(shí)具備穩(wěn)定的狄克拉電子結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的抗透氣性、透光性以及較高的機(jī)械強(qiáng)度和熱導(dǎo)率等性能[1]，成為了近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。但由于石墨烯本身具有疏水性并且易發(fā)生團(tuán)聚[2]，難以與其他基體材料復(fù)合，在很大程度上限制其應(yīng)用范圍。氧化石墨作為石墨烯的派生物之一，可以作為制備石墨烯的前驅(qū)體，其片層上存在大量的羥基、羧基、環(huán)氧基等含氧官能團(tuán)[3]，易分散甚至溶解于多種溶劑中[4-6]。此外，氧化石墨還具有優(yōu)異的物理、化學(xué)、光學(xué)等性質(zhì)[7]，因此，氧化石墨作為一種新型的功能材料，在傳感器、儲(chǔ)能材料、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域中均具有廣泛的應(yīng)用。因此，氧化石墨的制備技術(shù)受到很大的關(guān)注。

目前，氧化石墨的制備方法以化學(xué)氧化法為主要途徑。傳統(tǒng)的制備方法主要有Brodie法[8]，Staudenmaier法[9]和Hummers法[10]，其中Hummers法由于具有氧化時(shí)間短、高氧化程度以及操作安全等優(yōu)點(diǎn)成為了制備氧化石墨最常用的方法[11]。本文在傳統(tǒng)Hummers法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，快速制備高質(zhì)量的氧化石墨，并對(duì)該方法的制備過(guò)程進(jìn)行解釋、分析，幫助研究人員對(duì)制備過(guò)程進(jìn)行綜合理解，以便制備出合格的氧化石墨樣品，用于后續(xù)石墨烯的研究。

2.實(shí)驗(yàn)部分

(1)實(shí)驗(yàn)原料和儀器

實(shí)驗(yàn)原料：鱗片石墨粉（99.95%，粒徑8000目，化學(xué)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；高錳酸鉀（99.5%，分析純，西隴科學(xué)股份有限公司）；濃硫酸（98%，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；過(guò)氧化氫（30%，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

實(shí)驗(yàn)儀器：DC-2202B型電子天平（福建衡科儀器有限公司）；S10-2型恒溫磁力攪拌器（上海司樂(lè)儀器有限公司）；湘儀H1850型高速離心機(jī)（廈門(mén)精藝興業(yè)科技有限公司）；FD-1A-50型冷凍干燥機(jī)（北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）；X射線粉末衍射儀（Smartlab，日本理學(xué)株式會(huì)社）；顯微共焦拉曼光譜儀（RENISHAW inVia，英國(guó)雷尼紹公司）；熱重分析儀（TGA 2，瑞士梅特勒托利多集團(tuán)）；傅立葉紅外光譜儀（NICOLET iS 50，美國(guó)賽默飛世爾科技公司）。

(2)測(cè)試與表征

采用X射線粉末衍射儀測(cè)定鱗片石墨粉、氧化石墨的晶體結(jié)構(gòu)。測(cè)試時(shí)的掃描速度為10°/min，掃描范圍為 5°～70°，測(cè)試條件為Cu靶，電壓為40kV，電流為30mA。

采用顯微共焦拉曼光譜儀表征鱗片石墨粉、氧化石墨結(jié)構(gòu)的有序程度和缺陷情況。測(cè)試時(shí)所使用的激光波長(zhǎng)為532nm。

采用熱重分析儀測(cè)定鱗片石墨粉、氧化石墨在升溫過(guò)程中的質(zhì)量變化。測(cè)試時(shí)所使用的氣氛為氮?dú)?，測(cè)試溫度為 30～900℃，升溫速率為10℃/min。

采用傅立葉變換紅外光譜儀測(cè)定鱗片石墨粉、氧化石墨的官能團(tuán)。KBr壓片法制樣，掃描范圍為500～4000cm-1。

(3)氧化石墨的制備流程

本實(shí)驗(yàn)采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨，其制備過(guò)程主要分為低溫反應(yīng)、中溫反應(yīng)、高溫反應(yīng)以及后處理四個(gè)階段。具體的制備工藝流程如下：

低溫反應(yīng)階段（0～5℃）：稱取4g鱗片石墨粉，將石墨粉倒入1000mL燒杯中，放入磁力攪拌子。將燒杯置于水浴盆中，往水浴盆中添加碎冰及少許水，隨后將水浴盆置于帶磁力攪拌的加熱臺(tái)上；分批量取共200mL的濃硫酸，將濃硫酸緩慢倒入含有石墨粉的燒杯中，將燒杯封膜，對(duì)混合液進(jìn)行磁力攪拌；稱取24g高錳酸鉀，在混合液攪拌的同時(shí)，按少量多次的方式將高錳酸鉀加入到混合液中，封膜繼續(xù)攪拌，反應(yīng)30min。

中溫反應(yīng)階段（35℃）：將上述水浴盆中的冰水混合物換成溫水。使其溫度保持在35℃，攪拌2h。

高溫反應(yīng)階段（85～95℃）：將上述水浴盆中的溫水換成常溫的自來(lái)水。用滴管往含樣品的燒杯中緩慢滴加300mL去離子水。由于所滴加的去離子水與體系中的濃硫酸接觸，放出大量的熱，導(dǎo)致體系溫度急劇升高。因此，需要通過(guò)水浴調(diào)控?zé)瓋?nèi)反應(yīng)液的溫度，一般應(yīng)將溫度提高至85～95℃之間以促進(jìn)石墨的氧化。整個(gè)過(guò)程應(yīng)控制在20min左右完成，隨后通過(guò)持續(xù)攪拌使反應(yīng)液溫度逐漸降至室溫。

后處理階段：當(dāng)燒杯內(nèi)反應(yīng)液溫度降至室溫后，用滴管往燒杯中加入約15mL的過(guò)氧化氫，反應(yīng)液變?yōu)榻瘘S色，隨后往燒杯中加入約500mL的去離子水，體系呈現(xiàn)金黃色水分散液（圖1），封膜，靜置使產(chǎn)品沉降，倒去上層酸液。

圖1 氧化石墨水分散液照片

重復(fù)以上水洗步驟3～4次后可獲得棕色水分散液，對(duì)分散液中的沉淀物用1000mL的10%稀鹽酸溶液洗滌2～3次，洗去可能殘留的錳離子；再用1000mL去離子水分別洗滌3～4次，洗掉殘留的酸。沉淀物的洗滌過(guò)程操作如下：

將棕色水分散液倒入離心管中，將離心管放入高速離心機(jī)中以10000r/min的轉(zhuǎn)速離心30min，將離心后的上層清液倒去，用稀鹽酸或去離子水洗滌沉淀物，并將其轉(zhuǎn)移至另一干凈的燒杯中。

通過(guò)反復(fù)離心洗滌，使得離心后的上層清液的pH值接近中性即可。將膠體狀氧化石墨置于冷凍干燥機(jī)中冷干即可得到氧化石墨粉末（圖2），亦可直接普通烘干，不過(guò)烘干過(guò)程將導(dǎo)致產(chǎn)品部分熱還原而黑褐化。

圖2 冷干得到的氧化石墨照片

(4)制備條件的改進(jìn)說(shuō)明

①氧化劑種類的選擇

本方法與傳統(tǒng)Hummers法相比，舍棄了對(duì)硝酸鈉的使用，僅采用高錳酸鉀作為氧化劑用于氧化石墨的制備。硝酸鈉在低溫反應(yīng)階段能夠和濃硫酸發(fā)生反應(yīng)生成具有氧化作用的硝酸，會(huì)對(duì)石墨產(chǎn)生一定的氧化作用，不過(guò)，硝酸鈉在使用過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致NO2/N2O4有毒氣體的產(chǎn)生，并對(duì)環(huán)境造成污染。此外，研究表明[12]，雖然無(wú)硝酸鈉參與的Hummers法的氧化效果略低于有硝酸鈉參與的Hummers法，但二者制備的氧化石墨在結(jié)構(gòu)方面都是充分官能化的，且層數(shù)和片層大小差別不大，因此硝酸鈉對(duì)于石墨的氧化作用有限。因此，本方法雖然取消使用硝酸鈉這種高污染、低效的氧化劑，但也能保證氧化石墨的產(chǎn)品效果，且能減少實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)環(huán)境的污染，尤其是可以避免NO2/N2O4有毒氣體對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的意外傷害，利于實(shí)驗(yàn)室臨時(shí)制備的需要。

②氧化劑用量的選擇

在傳統(tǒng)Hummers法中，高錳酸鉀與石墨的質(zhì)量比為3:1，由于氧化劑的用量與氧化效率和氧化程度直接相關(guān)，為了提高氧化石墨的氧化程度，本實(shí)驗(yàn)將高錳酸鉀與石墨的質(zhì)量比提高至6:1。由于高錳酸鉀用量相比于傳統(tǒng)Hummers法更高，在高溫反應(yīng)前會(huì)產(chǎn)生更多的高錳酸酐，同時(shí)反應(yīng)液的黏度增大[13]，若仍采用傳統(tǒng)Hummers法中濃硫酸的用量（濃硫酸與石墨的比例為23mL:1g），則會(huì)使得在中溫反應(yīng)階段反應(yīng)液攪拌困難，難以實(shí)現(xiàn)充分?jǐn)嚢?，從而?dǎo)致在高溫反應(yīng)階段出現(xiàn)加水后局部過(guò)熱、反應(yīng)劇烈、不均勻，氧化效果受到影響等問(wèn)題。因此本實(shí)驗(yàn)將濃硫酸與石墨的比例由23mL:1g增加至50mL:1g，有效改善了反應(yīng)液黏稠與散熱問(wèn)題，使得高錳酸鉀可與硫酸-石墨插層化合物進(jìn)行充分混合，減少產(chǎn)物中不完全氧化石墨的存在，但增加濃硫酸的用量會(huì)使得后處理（洗滌）步驟增多，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定程度的負(fù)面影響。

③投料方式及加水方式的改進(jìn)

在高錳酸鉀的加入過(guò)程中需嚴(yán)格控制投加速率，并且以少量多次的方式加入高錳酸鉀，避免因氧化劇烈而發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。由于加水方式是控制氧化石墨氧化程度和進(jìn)行充分氧化水解的關(guān)鍵過(guò)程[13]，因此在本實(shí)驗(yàn)中采用連續(xù)加水的方式使得反應(yīng)液溫度逐漸提高至85～95℃之間，使石墨得以充分氧化。

④后處理過(guò)程的優(yōu)化

傳統(tǒng)的Hummers法在后處理過(guò)程中依次使用稀鹽酸和去離子水洗滌離心沉淀物至反應(yīng)液pH值接近中性，其中酸洗目的主要是去除水分散液中的Mn2+。張北等[13]人對(duì)后處理過(guò)程中上清液和離心洗脫液中Mn2+的測(cè)試，Mn2+基本上殘留在上清液中，即僅對(duì)離心沉淀物進(jìn)行充分的水洗步驟后，可使離心沉淀物中基本不含錳離子。因此，可以依據(jù)氧化石墨后續(xù)應(yīng)用對(duì)Mn2+的敏感情況，考慮是否對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行稀鹽酸洗滌，以及洗滌次數(shù)；去離子水洗滌次數(shù)也可根據(jù)需要進(jìn)行，如果產(chǎn)品的酸度對(duì)后續(xù)應(yīng)用影響較小，洗滌至上清液的pH值接近7即可，而如果產(chǎn)品的酸度對(duì)后續(xù)應(yīng)用影響較大，則需洗滌至樣品表面的pH值接近7。

此外，為了避免傳統(tǒng)烘干或真空干燥過(guò)程中氧化石墨發(fā)生片層堆疊和熱還原，在離心洗滌后對(duì)產(chǎn)物采用冷凍干燥的方式，有利于后續(xù)的表征及應(yīng)用。

(5)實(shí)驗(yàn)過(guò)程注意事項(xiàng)

雖然Hummers法制備氧化石墨是一種傳統(tǒng)、常見(jiàn)的化學(xué)氧化法，但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中仍存在很多因素或?qū)е聦?shí)驗(yàn)失敗，或造成安全及環(huán)境污染等問(wèn)題。對(duì)此，為避免實(shí)驗(yàn)人員受到傷害，實(shí)驗(yàn)需全程在通風(fēng)櫥柜內(nèi)進(jìn)行操作，且在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中需做好防護(hù)措施，如穿實(shí)驗(yàn)服、戴手套以及戴口罩等。

在低溫反應(yīng)階段操作中，高錳酸鉀應(yīng)待體系溫度降到10℃以下再按少量多次的方式緩慢加入到含混合液的燒杯中，并確保加入過(guò)程中燒杯內(nèi)混合液的溫度始終保持在20℃以下。該過(guò)程需在冰水浴和攪拌的條件下進(jìn)行，避免局部高溫，使高錳酸鉀與濃硫酸發(fā)生反應(yīng)所生成的七氧化二錳因所處溫度過(guò)高而發(fā)生爆炸。

在高溫反應(yīng)階段操作中，由于去離子水加入到含有樣品的燒杯中會(huì)產(chǎn)生氣泡，因此去離子水的加入過(guò)程應(yīng)緩慢，且需控制磁力攪拌器的攪拌速度使產(chǎn)生的氣泡散去后再滴加，避免反應(yīng)液溢出。切記該過(guò)程由于水與濃硫酸的接觸將急劇放熱，因此，滴加水的速度及攪拌速度是否合適是控制體系溫度的關(guān)鍵。隨著去離子水的滴加，該過(guò)程中體系的溫度出現(xiàn)了上升、平穩(wěn)以及下降三個(gè)階段的趨勢(shì)。在第一個(gè)階段中，需緩慢滴加去離子水以避免因溫度急劇上升而對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量造成影響；而在第二個(gè)階段中需確保反應(yīng)液的溫度始終在85～95℃之間，以保證石墨氧化完全。

在后處理階段操作中，加入過(guò)氧化氫的過(guò)程，應(yīng)注意避免一次性加入量過(guò)大導(dǎo)致產(chǎn)生大量氣泡，使反應(yīng)液溢出；為了減少離心洗滌的次數(shù)，第一次水洗階段應(yīng)洗滌至水分散液顏色呈棕色（表明水分散液中過(guò)量硫酸已被洗去）后再進(jìn)行離心洗滌等。

3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及解釋

氧化石墨制備過(guò)程可觀察到多種現(xiàn)象，對(duì)于該現(xiàn)象的理解有助于對(duì)操作的把控及氧化石墨產(chǎn)品質(zhì)量的提升。以下是制備過(guò)程發(fā)生的主要反應(yīng)：

在低溫反應(yīng)階段，將濃硫酸緩慢加入到含石墨粉的燒杯后進(jìn)行攪拌，混合液呈黑色，這是因?yàn)楦咤i酸鉀加入之前，低溫下濃硫酸的氧化性不足以提供插層反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力[14]，因此混合液呈現(xiàn)石墨粉的黑色。當(dāng)高錳酸鉀分批次緩慢加入到含混合液的燒杯后，溫度由0～5℃增加到15℃左右。這意味著高錳酸鉀加入后與濃硫酸發(fā)生了反應(yīng)，涉及到的反應(yīng)如式（1）～式（2）[15]。

反應(yīng)產(chǎn)生了七氧化二錳和水等。反應(yīng)中產(chǎn)生的水會(huì)稀釋濃硫酸，釋放熱量，從而導(dǎo)致溫度上升，并且首先對(duì)石墨邊緣及缺陷部分進(jìn)行氧化。此外，由于七氧化二錳是一種墨綠色油狀液體，該物質(zhì)的產(chǎn)生會(huì)使得反應(yīng)液在低溫環(huán)境下攪拌30min后其顏色由黑色轉(zhuǎn)變?yōu)槟G色。

在中溫反應(yīng)完成后，反應(yīng)液顏色仍為墨綠色。中溫反應(yīng)階段主要發(fā)生的是物理過(guò)程，即其通過(guò)攪拌使得高錳酸鉀能夠充分進(jìn)入硫酸-石墨化合物層間。

在高溫反應(yīng)階段，加入去離子水與濃硫酸接觸，導(dǎo)致體系放熱，反應(yīng)液出現(xiàn)快速升溫現(xiàn)象。在此過(guò)程中，去離子水可以與硫酸中的七價(jià)錳氧化物反應(yīng)生成低價(jià)錳化合物和臭氧[16]，而臭氧和水在低價(jià)錳的催化下可形成羥基自由基和氧，涉及到的反應(yīng)如式（3）～式（5）[12]。

由于反應(yīng)液中存在未氧化的石墨，若產(chǎn)生的O2量足夠，則在高溫下它將與C反應(yīng)生成CO2，若產(chǎn)生的O2量不足，則將生成CO和CO2的混合物，因此去離子水加入的過(guò)程中還將使得反應(yīng)液中有氣泡產(chǎn)生。此外，由于高錳酸鉀在濃硫酸中處于過(guò)飽和狀態(tài)，在加入去離子水的過(guò)程中，一部分高錳酸鉀會(huì)隨著酸霧的揮發(fā)被帶出，形成紫色煙霧；還有一部分高錳酸鉀被還原成低價(jià)態(tài)的錳（MnO2、Mn2+等），導(dǎo)致反應(yīng)液的顏色由墨綠色變?yōu)樽丶t色。

在后處理階段，雙氧水加入后會(huì)與反應(yīng)液中剩余的高錳酸鉀以及MnO2沉淀物發(fā)生反應(yīng)，涉及到的反應(yīng)如式（6）～ 式（7）[17]。

雙氧水的加入產(chǎn)生了O2，使得反應(yīng)液中有氣泡產(chǎn)生，且雙氧水將反應(yīng)液中黑色的MnO2沉淀轉(zhuǎn)變成無(wú)色可溶于水的錳酸鹽，因此反應(yīng)液呈現(xiàn)氧化石墨所特有的金黃色。此后，通過(guò)對(duì)水分散液中沉淀物進(jìn)行離心、水洗，提高了水分散液的pH值，氧化石墨層間的OH-和H+相互結(jié)合并以水分子的形式脫嵌，使得產(chǎn)物顏色由金黃色轉(zhuǎn)變?yōu)樽厣玔18]。

4.產(chǎn)品的表征與分析

(1)產(chǎn)品外觀

氧化石墨產(chǎn)品在外觀上呈現(xiàn)黃色或棕黃色或褐色，這是與制備過(guò)程的氧化程度或被還原程度有關(guān)。產(chǎn)品為金黃色，代表其氧化程度較高；而產(chǎn)品為深色（如棕色、褐色），則說(shuō)明其氧化程度相對(duì)偏低。本實(shí)驗(yàn)條件下得到了金黃色分散液和冷干樣品，說(shuō)明其氧化程度較高（見(jiàn)圖1與圖2）。

(2)X射線衍射分析

圖3為鱗片石墨與氧化石墨的XRD圖譜。由圖可知，鱗片石墨在2θ=26.50°處出現(xiàn)了一個(gè)尖銳且強(qiáng)度高的衍射峰，說(shuō)明其晶體結(jié)構(gòu)規(guī)范、有序，根據(jù)布拉格方程2dsinθ=nλ（d是晶面間距，θ是衍射角，n是衍射級(jí)數(shù)，λ是X射線波長(zhǎng)）可計(jì)算出該鱗片石墨原料的層間距約為0.336nm，與晶體石墨的理論層間距基本一致。而石墨經(jīng)過(guò)氧化后，其原有的特征峰消失，在2θ=9.88°處出現(xiàn)了一個(gè)強(qiáng)峰，該峰對(duì)應(yīng)于氧化石墨的平面堆垛產(chǎn)生的特征衍射峰，它說(shuō)明通過(guò)上述氧化處理過(guò)程，原來(lái)有序的石墨晶體結(jié)構(gòu)被氧化而受到嚴(yán)重破壞。圖3顯示，氧化石墨的X射線衍射圖譜中峰強(qiáng)度平緩且基本沒(méi)有雜峰，這意味著在傳統(tǒng)Hummers法基礎(chǔ)上增加氧化劑的用量可達(dá)到使石墨基本氧化完全的目的。因此，可根據(jù)石墨的特征峰以及氧化石墨的特征峰是否存在來(lái)判斷產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)。

圖3 氧化石墨、鱗片石墨的XRD圖譜

(3)拉曼光譜分析

圖4為鱗片石墨與氧化石墨的Raman圖譜。一般石墨烯的Raman圖譜會(huì)形成3個(gè)主要峰型，分別為D峰（1300～1400cm-1）、G峰（1560～1620cm-1）和2D峰（2660～2700cm-1），其中D峰的強(qiáng)度反映的是樣品晶體結(jié)構(gòu)的缺陷程度[19]，而G峰是石墨烯中碳sp2雜化結(jié)構(gòu)的特征峰，其強(qiáng)度反映的是樣品的結(jié)晶程度和晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性[20]，這二者強(qiáng)度之比（ID/IG）的值可用以評(píng)價(jià)材料的氧化程度、缺陷程度等[21]。由圖可知，鱗片石墨在1564.92cm-1處有明顯的G峰，而在1339.40cm-1處的D峰強(qiáng)度很弱，并且二者（ID/IG）比值很小，說(shuō)明鱗片石墨的結(jié)構(gòu)十分規(guī)整，基本沒(méi)有缺陷。而在氧化石墨的Raman圖譜中，其D峰與G峰均向高頻區(qū)移動(dòng)（D峰在1350.67cm-1，G峰在1596.60cm-1），且ID/IG的值由鱗片石墨的0.15增加至1.01，這說(shuō)明鱗片石墨經(jīng)化學(xué)氧化后，其規(guī)整結(jié)構(gòu)遭到破壞，缺陷度增大。此外，對(duì)于氧化石墨而言，ID/IG的值越大，石墨的氧化程度越高[22]。因此，不僅可以借助Raman圖譜判斷石墨氧化成功與否，還可根據(jù)ID/IG的值來(lái)調(diào)整氧化劑用量以獲得高氧化程度的氧化石墨。

圖4 氧化石墨、鱗片石墨的Raman圖譜

(4)傅立葉紅外光譜分析

圖5為鱗片石墨與氧化石墨的FTIR圖譜。由圖可知，氧化石墨在波長(zhǎng)為1731cm-1和1394cm-1處產(chǎn)生了不同于石墨的特征吸收峰，分別代表了羰基和羧基中C=O的伸縮振動(dòng)峰以及C-O-H的伸縮振動(dòng)峰。除此之外，氧化石墨在3419cm-1處和1117cm-1處也存在特征吸收峰，這說(shuō)明氧化石墨中還含有O-H以及C-O-C基團(tuán)。由此說(shuō)明了石墨已被氧化成氧化石墨，且所制備的氧化石墨層間具有較為豐富的含氧官能團(tuán)。

圖5 氧化石墨、鱗片石墨的FTIR圖譜

(5)熱重分析

圖6為鱗片石墨與氧化石墨的熱重曲線圖。由圖可知，隨著溫度的升高，鱗片石墨的質(zhì)量沒(méi)有明顯的變化，而氧化石墨的質(zhì)量變化非常明顯，其質(zhì)量變化可分為3個(gè)階段：第I階段的質(zhì)量變化主要為吸附在氧化石墨上殘留的水分子的揮發(fā)造成的；第II階段的質(zhì)量變化主要是因?yàn)檠趸珜娱g的結(jié)合水汽化以及結(jié)構(gòu)中不穩(wěn)定的含氧官能團(tuán)在加熱的過(guò)程中受熱分解，以二氧化碳、一氧化碳以及水的形式揮發(fā)造成的；第III階段的質(zhì)量變化主要來(lái)自于氧化石墨結(jié)構(gòu)中殘存的含氧官能團(tuán)受熱分解造成的。因此，第II、III階段的失重率可作為氧化石墨表面含氧率的依據(jù)，通過(guò)比較這兩個(gè)階段的失重可判斷石墨的氧化剝離程度。

圖6 氧化石墨、鱗片石墨的TG圖

5.結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)傳統(tǒng)Hummers法進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，快速制備了氧化石墨。該制備方法具有條件相對(duì)溫和、操作簡(jiǎn)單、便于實(shí)施等特點(diǎn)。本文特別對(duì)制備過(guò)程的現(xiàn)象、原理以及注意事項(xiàng)進(jìn)行了歸納、整理，便于研究人員快速掌握合格的氧化石墨的制備方法。此外，通過(guò)對(duì)所制備的氧化石墨進(jìn)行簡(jiǎn)單表征，其結(jié)果可作為研究人員判斷氧化石墨制備成功與否的參照，便于研究人員進(jìn)行后續(xù)的石墨烯應(yīng)用研究。