工业应用的石墨烯氧化物的电化学减少

世界各地的研究机构正在探索改变高质量纸张生产的方法。有效地实现这种成本的一种方法是通过将氧化石墨烯还原成RGO,也称为还原的氧化石墨烯。然而,该技术具有与生产的石墨烯片的质量相关的缺点,其显示与其他技术相比,该性能下降到完美石墨烯的理论潜力,与其他技术相比,例如机械剥离。但是,可以提高改进以克服这个问题。

氧化石墨

石墨氧化物,由氧气,氢和碳分子组成的化合物通过用强氧化剂如硫酸处理石墨而合成制备。这些氧化剂与石墨反应并在化学反应中除去电子。该反应称为氧化还原反应,其中反应物被氧化,并降低氧化剂。

过去,用于制造石墨氧化物的最常用技术是悍工和机构方法,其中石墨用高锰酸钾,硫酸和硝酸钠的混合物处理。然而,最近已经开发了其他技术,被认为更有效,达到约90%的氧化水平。石墨烯氧化物是该氧化的副产物。当氧化剂与石墨反应时,石墨层之间的平面间隔增加。然后可以将完全氧化的化合物溶解在水中以产生石墨烯氧化物。

石墨烯氧化物和石墨氧化物份额享有类似的化学性质,但具有不同的结构性能。石墨烯和石墨氧化物之间的主要差异是这些化合物的各个原子层之间的涡蓝间隔。这种增加的间距是由氧化过程引起的,破坏了SP2键合网络。这意味着,这两种化合物都是电绝缘体。

石墨氧化物转化为石墨烯氧化物

将石墨氧化物转化成石墨烯氧化物的过程可以损坏各个石墨烯层。石墨转化为石墨氧化物已经损害了单独的石墨烯血小板并降低了它们的平均尺寸。因此,进一步的损害可能会产生不利影响。

然而,石墨氧化物可以通过多种方法将石墨烯作为氧化物变成石墨烯。超声处理,搅拌和这两种的组合是最常见的方法。超声处理在剥离石墨烯和去角质的石墨氧化物中非常有效,但这种技术也倾向于损坏石墨烯薄片并将它们从微米降至纳米;该方法还创造了各种石墨烯血小板尺寸。机械搅拌不太艰苦,但可以花费大量的时间来实现。

将石墨烯转化为氧化石墨烯氧化物

减少石墨烯氧化物以产生减少石墨烯氧化物(rGO)这是一个重要的过程,因为它在很大程度上影响还原氧化石墨烯的质量,而还原氧化石墨烯的质量在结构上也影响着还原氧化石墨烯与高质量石墨烯的距离。在大规模操作中,还原氧化石墨烯是最合适的解决方案,因为相对容易生产出足够数量的石墨烯,达到理想的质量水平。

还原可以通过多种方法实现,包括热法、化学法或电化学法。尽管其中一些方法可以生产高质量的还原氧化石墨烯(类似于原始石墨烯),但它们可能非常复杂或需要相当长的时间。

还原氧化石墨烯的技术

早些时候,科学家通过将氧化石墨烯与水合肼处理,并将溶液置于100℃下24小时,从而从氧化石墨烯中获得还原氧化石墨烯;将氧化石墨烯在蒸馏水中不同程度加热不同时间;将氧化石墨烯暴露在氢等离子体中几秒钟,或暴露在另一种形式的脉冲光下,如氙气闪光管产生的脉冲光;通过线性扫描伏安法,举几个例子。

使用化学还原法降低氧化石墨烯是一种可扩展的技术;然而,所生产的还原氧化石墨烯在电导率和表面积方面均不合格。在1000℃以上的温度下还原氧化石墨烯可以产生表面积非常高的还原氧化石墨烯,接近原始石墨烯。然而,加热过程往往会破坏石墨烯薄片的结构,大幅降低氧化石墨烯的质量,产生空位和缺陷。

上面描述的最后一个例子可能最终为rGO的大规模生产提供一个解决方案。电化学还原氧化石墨烯已被证明可以产生高质量的还原氧化石墨烯,其结构几乎与纯石墨烯相似。在这个过程中,不同的衬底(如玻璃或氧化铟锡)被涂上一层薄薄的氧化石墨烯。然后,在衬底的每一端放置电极,通过氧化石墨烯创建一个电路。最后,在磷酸钠缓冲液中对氧化石墨烯进行了不同电压下的线性扫描伏安法。

通过该技术得到的氧化石墨烯显示出高的碳氧比,导电率读数也高于银(8500 S/m,而银约为6300 S/m)。这种方法的其他优点是没有使用有毒化学物质。然而,由于在电极上沉积大规模氧化石墨烯的困难,这种方法的可扩展性受到了相当大的关注。

结论

最终,一旦rgo.已经生产,它可以在不同应用中使用的功能化。例如,Rgo可以用其他化学品处理或可以与其他两种尺寸材料相结合以产生新化合物。欧洲杯足球竞彩因此,可以改善RGO的性质以适合商业应用。

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石墨烯是工业和研究需要的领先的石墨烯生产商。石墨烯开发了一种领先的合成和转移工艺,可以在任何衬底上获得高均匀性单层石墨烯薄膜。

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