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1.2.3 石墨烯的制备
为了使石墨烯的生产和应用变得现实，如何实现大规模，低成本的制备出高质量的石墨烯这一技术突破，解决实际生产的问题，是人们急需要克服的难题。通过机械剥离的方法可以得到品质较好的石墨烯，给石墨烯的基本探究奠定了基础，不过使用该方法得到的石墨烯效率低，产量少，工业化地制备实现困难[14]。目前，主要有以下几种石墨烯的制备方法：气相法(气相沉积法)、液相法(有机合成法、氧化还原法、溶剂热法、超声分散法)、固相法(外延生长法、机械剥离法)[15]。其中，氧化还原法为现在经过实践得出的比较可靠且易操作的一种方法，这种方法可以做到成本低、产量高、可控性强[16]。
天然的石墨经过强氧化剂氧化后能够得到边沿存在羟基、羧基，层与层间引入环氧基和羰基官能团的氧化石墨，由于石墨的层间水分子和环氧基和羰基官能团等的存在，能够增加石墨的层与层之间的距离，进一步减弱了石墨片层间的分子间作用力力，石墨自身具有憎水性，所以处于水溶液或者是有机溶液中不溶解[17]。氧化处理后能够将含氧官能团结合到石墨片层结构上，这样就大大增加了石墨的亲水性，于是氧化石墨就能够用超声震荡的方法在水相中均匀的分散开来，得到稳定的分散良好的氧化石墨分散液然后通过机械外力剥离(如超声剥离)得到单原子层厚度的石墨烯氧化物，接下来通过还原即可分离得到石墨烯，对于石墨烯的制备剥离和还原氧化石墨是非常重要的一环。通过这种方法来制备石墨烯，产品完整，产量较多，操作简便，实际用途广。石墨的氧化方法主要有Hummers、Brodie和Staudenmaiert三种方法[18]，这些方法首先都是用具有氧化性的无机强酸(例如浓硫酸、发烟硝酸，或者是两者的混合物)来处理天然石墨，这可以让酸分子进入到石墨的空隙之间，再用强氧化剂处理石墨。其中Hummers氧化法的在安全方面做得较好，与Hummers法和Brodie法相比，因为Staudemaier法使用浓硫酸和发烟硝酸的混合强酸处理天然石墨，这样的高酸强度的处理导致了石墨的结构遭到了比较深度的破坏[19]，氧化剂的浓度和反应时间的控制直接影响了石墨烯片层的形貌大小和厚度，所以，氧化剂浓度和氧化时间需要细致的选择，才能够获得良好的单层氧化石墨烯薄片。
剥离最普遍采用超声剥离法，将氧化石墨的分散液在合适的功率下进行超声处理一段的时间，在这种情况下氧化石墨分散液中会有超声波不断进行散射，分散液迅速流动导致大规模的小气泡出现，在正压区和负压区之间，气泡不断进行产生、成长、收缩、闭合的循环，这个过程中会形成极强的瞬间压强，在高压的持续不断的冲击下，单层的氧化石墨烯就从氧化石墨薄片快速剥落下来[20]。这样得到的氧化石墨烯通过热还原法、化学还原法、电化学换元法等方法就可以最终制备出还原石墨烯。硼氢化钠和肼等常常用来作为还原剂来还原石墨烯，这样就可以十分有效的去处掉碳原子层间的含氧官能团使氧化石墨还原，不过这样的石墨烯非常可能出现缺陷，导致它的导电性能下降，低于理论数值。除了上诉方法以外，也可通过电化学方法将氧化石墨还原成石墨烯，将氧化石墨均匀地涂抹覆盖在基地上然后放入PBS溶液中（pH=4.12），用玻碳电极直接触碰氧化石墨片层，控制扫描电位从-0.6至-1.2 V进行线性伏安扫描，即可将石墨氧化物还原成石墨烯[21]。热还原法指的是在氮气或者是氩气的惰性气体的保护下，对氧化石墨实施快速升温至较高温度的热处理，通常温度大概在1000℃，升温速率大于2000℃ /min，使氧化石墨急速胀大而发生脱离，并且其中某些含氧官能团会在温度升高到一定值时发生热分解变为二氧化碳，从而得到石墨烯[22]。