热稳定性增强的三聚氰胺功能化石墨烯基纳米杂化材料(4)

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石墨烯自发现以来，其优异性能不断被人们所发现，同时这也正给我们展示了对其性能探索的无限可能性。目前，对于石墨烯/聚合物纳米复合材料的研究还正处于探索阶段，有望合成一种优异的复合材料来进行大规模的化工生产，从而成为替代材料。

1.2 氧化石墨烯

在物理学研究领域，石墨烯由于其突出的的电学性能而受到广泛研究。但在化学领域，由于石墨烯不能溶于有机溶剂，并且由于石墨烯片层间强的范德华力使得它们极易团聚，这就严重限制了石墨烯的进一步研究。我们通常所用的都是功能化石墨烯（FG），而且要想大量制备 FG 就得以氧化石墨烯为前驱体。所以，

学术界对于氧化石墨烯的研究形成了氧化石墨烯化学[1]。它是一系列化学转化的基底。氧化石墨烯化学主要研究氧化石墨烯的合成以及其结构。通常，氧化石墨烯是由 GO 超声剥离而得到的。所以，我们通常所说的氧化石墨烯的合成也即 GO 的合成。

1.2.1 GO 的合成

早在石墨烯发现以前，学者们就对石墨化学进行过深入研究[2-5]。最早在 1859 年，英国化学家 B. C. Broide 为了观察石墨片与石墨之间的结构关系而做了一系列的实验，其中之一就用 KClO3 与发烟 HNO3 对石墨泥浆进行处理，发现石墨片的总质量提高很多。进一步研究发现，得到的产物的表面含有很多羟基，羧基，环氧基等含氧官能团[6]。这也就是现在所说的 GO。连续的氧化处理可以使含氧官能团增多，但四次之后就会受到限制。并且发现 GO 能在水溶液中均匀分散，但在酸性介质中情况就发生变化。而且 220 ℃的高温后，产物的含氢量与含氧量减少，说明高温下 GO 被部分还原。将近 40 年后，L. Staudenmaier 对 Broide 的 KClO3—发烟 HNO3 法制备 GO 的方法进行了改进，使用 HCl 或者浓 H2SO4 来代替发烟 HNO3，得到了与 Broide 法相似的产物[7]。继 L. Staudenmaier60 年后， Hummers 与 Offeman 又对 Staudenmaier 法进行了改进，使用 KMnO4 与 H2SO4 同样成功制备了同等氧化水平的 GO[8]。此后制备 GO 的化学氧化还原法大多是在这些基础上的改进。文献综述

1.2.2 GO 的结构

最早提出的 GO 的结构模型就是由离散的重复的单元组成的规则晶格。如图

1-1 所示，Hofmann 与 Holst 结构模型就是在石墨的基底面上分布着环氧官能团，其分子式就是 C2O[9]。1946 年，Ruess 提出了多种关于 GO 结构的模型，这些模型中引入了羟基，正好解释了 GO 中氢的存在[10]。同时，Ruess 模型还将基底面的结构由 Hofmann 与 Holst 提出的 sp2 杂化转变成了 sp3 杂化。1969 年，Scholz 与 Boehm 提出了一种完全除掉了环氧与乙醚基团的模型。这种模型可以代替波浪形骨干上的醌类结构[11]。另一个比较突出的模型是由 Nakajima 与 Matsuo 提出的，这是基于类似于聚氟化二碳(C2F)n 结构的晶格框架的假设，形成一种夹层复合物[12]。

的 GO 的模型要数 Lerf 与 Klinowski 提出的了（如图 1-2）。Lerf 与他的合作者做了最初的研究，他们使用核磁共振光谱（NMR）对材料进行了表征[13]。在这个领域，这是第一次通过分析元素的组成，活性以及 X 射线的研究来确定其模型结构。目前，学术界普遍接受的 GO 的结构是在单层石墨的边缘及表面含有很多的羟基，羧基，环氧基团等含氧官能团[1]。