中國(guó)粉體網(wǎng)訊 氧化石墨烯(grapheneoxide)是石墨烯的氧化物，其顏色為棕黃色，市面上常見(jiàn)的產(chǎn)品有粉末狀、片狀以及溶液狀的。GO是具有層狀結(jié)構(gòu)的非化學(xué)計(jì)量材料，以石墨為原料制備得到。
GO和石墨烯有很大的差別，石墨烯只含有SP2雜化碳原子，而GO不僅含有SP2雜化碳原子，一部分碳碳雙鍵被含氧官能團(tuán)打斷，成為SP3雜化；氧化石墨烯表面含有大量官能團(tuán)，如—OH、—COOH、—O—等，這些官能團(tuán)賦予氧化石墨烯一些新的性能，如分散性良好、親水性、增加了與聚合物的相互作用性等。
GO結(jié)構(gòu)示意圖
氧化石墨烯的制備方法：
合成氧化石墨烯的方法主要有三種:Brodie法、Staudenmaier法和Hummers法，除此之外，也有其他的一些方法可以合成GO。這三種方法都是通過(guò)氧化石墨來(lái)得到不同層厚的GO。Brodie法和Staudenmaier法是利用KClO3和HNO3來(lái)氧化石墨，Hummers法是利用KMnO4和H2SO4來(lái)氧化石墨。通過(guò)強(qiáng)酸插入石墨層得到石墨鹽，HNO3和HClO4也被用作氧化劑來(lái)制備GO，目前最常用的是Hummers法。
GO上的極性官能團(tuán)賦予其很好的親水性，GO可以在水中很好地分散，通過(guò)攪拌或者超聲波振動(dòng)也可以使GO在溶液中很好地分散。通過(guò)水合聯(lián)氨、對(duì)苯二酚、NaBH4和抗壞血酸可以對(duì)GO進(jìn)行還原，經(jīng)電化學(xué)還原可以去除GO上的含氧官能團(tuán)。利用NaBH4還原，然后用H2SO4處理，再進(jìn)行熱退火就可以得到高碳含量的化學(xué)修飾石墨烯(CMG)薄板。
氧化石墨烯制品結(jié)構(gòu)及其制備：
目前科學(xué)家研制的氧化石墨烯制品主要有三種結(jié)構(gòu)：氧化石墨烯纖維（1D）、氧化石墨烯薄膜（2D）、氧化石墨烯網(wǎng)絡(luò)（3D）。
1、氧化石墨烯纖維的制備
石墨烯纖維具有普通纖維的一般特性，其機(jī)械柔韌性好可以用于紡織，而且成本低，輕質(zhì)，相比傳統(tǒng)碳纖維容易官能化，氧化石墨烯纖維的制備方法主要由以下幾種：
（1）濕紡法制備氧化石墨烯纖維
濕紡法是將氧化石墨烯分散在水中，經(jīng)過(guò)超聲分散成均勻溶液，經(jīng)過(guò)離心后去除未剝離的氧化石墨烯，經(jīng)濃縮后倒入紡絲機(jī)儲(chǔ)液罐，設(shè)置適當(dāng)?shù)目諝庀逗湍淘�，在氮�(dú)鈮毫ο陆?jīng)過(guò)噴頭可收集濕的氧化石墨烯凝膠纖維，自然晾干即可。
在紡絲過(guò)程中如果將噴絲頭進(jìn)行一些改裝，做成中空纖維模型，并配置合適的中空液可得到中空纖維。
氧化石墨烯纖維制備裝置及實(shí)物圖
這種方法操作簡(jiǎn)單，可以連續(xù)生產(chǎn)氧化石墨烯，并且制備的纖維形貌可控，通過(guò)改變噴絲頭的孔徑，可以得到不同直徑、不同孔徑的中空纖維，除此之外，這種方法制備的纖維容易對(duì)其進(jìn)行功能化，利用氫碘酸，水合肼可以對(duì)其還原得到石墨烯纖維。
（2）卷曲法制備氧化石墨烯纖維
制備合適濃度的氧化石墨烯含水溶液，利用刮涂法將含水GO溶液刮涂到聚四氟乙烯板上，室溫干燥后揭下，然后將膜卷曲成纖維。
卷曲法制備氧化石墨烯纖維工藝圖
濕紡法制備的氧化石墨烯纖維強(qiáng)度差，表面粗糙，橫斷面不規(guī)則，相比之下，卷曲法制備的纖維較致密，空隙較少，因此具有更高的纖維強(qiáng)度。
2、氧化石墨烯膜的制備
氧化石墨烯膜的制備是以氧化石墨為原料，利用氧化石墨烯上有大量含氧官能團(tuán)，具有很強(qiáng)的親水性，采用超聲波振動(dòng)氧化石墨的水溶液剝離成氧化石墨烯懸浮液。
（1）浸除法制備GOM
浸除法以多孔聚砜膜為載體，在載體上浸除多巴胺，形成聚多巴胺，將載體用Isopar清洗后浸入GO懸浮液中，浸涂一定時(shí)間后制得第一層GO膜，可進(jìn)行重復(fù)涂覆制得不同厚度的GOM.
浸除法制備GOM示意圖
（a）聚多巴胺與TMC反應(yīng)機(jī)理；（b）GO與TMC反應(yīng)機(jī)理
（2）溶液蒸發(fā)法制備GOM
將氧化石墨分散到水中，經(jīng)過(guò)超聲波振動(dòng)后形成穩(wěn)定的氧化石墨烯懸浮液，然后對(duì)懸浮液進(jìn)行適度稀釋后放置在濕度可控的環(huán)境中24~48h，在氣/液界面處會(huì)形成一層紙狀的氧化石墨烯膜。
溶液蒸發(fā)法制備GOM的過(guò)程和制得的膜
這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于：第一，能耗低，合成時(shí)間短，一般自組裝時(shí)間為10~40min；第二，過(guò)程可重復(fù)，水凝膠可重復(fù)使用；第三，調(diào)節(jié)氣/液界面的面積和蒸發(fā)時(shí)間可準(zhǔn)確控制膜厚度和面積。
（3）其他方法
除以上兩種方法外，制備氧化石墨烯薄膜的方法還有真空抽濾法、涂步法等；真空抽濾法制備GOM一般會(huì)選擇合適的載體作為過(guò)濾膜，目前廣泛應(yīng)用的是在氧化鋁管表面浸涂一層聚多巴胺，然后以TMC、1,4-苯二硼酸、二價(jià)陽(yáng)離子等作為連接劑制備GOM。
GO與1,4-苯二硼酸反應(yīng)機(jī)理金額氧化石墨烯框架（GOF）
涂步法包括刮涂法、滴涂法和旋涂法等涂布方法，它是把GO懸浮液通過(guò)不同的涂布方法涂覆到適當(dāng)?shù)幕w表面，經(jīng)過(guò)干燥后形成氧化石墨烯薄膜。
結(jié)語(yǔ)：
氧化石墨烯是一種重要的石墨烯衍生物，最初主要作為宏量制備石墨烯的前驅(qū)體，近年來(lái)由于其不同于石墨烯的諸多獨(dú)特物理化學(xué)性質(zhì)和廣闊應(yīng)用前景而越來(lái)越受到人們的重視。
GO由于存在大量的含氧官能團(tuán)，氧化石墨烯在水中具有良好的分散性，且易于組裝和功能化，因此廣泛用于制備多功能分離膜、高導(dǎo)高強(qiáng)纖維、超輕超彈性氣凝膠等多種功能材料，并且在電化學(xué)儲(chǔ)能、催化、生物醫(yī)藥、復(fù)合材料等方面表現(xiàn)出良好應(yīng)用前景。
