纯水中氧化石墨烯的超声裁剪及机理研究

摘要：

采用超声在纯水中对氧化石墨烯（ GO）进行裁剪，研究了超声时间对GO片层尺寸、官能团种类和含量的影响，探讨了超声裁剪GO的机理．用原子力显微镜（ AFM）和透射电子显微镜（ TEM）对产物进行观测，结果表明，随着超声时间延长， GO片层平均直径从2000 nm减小至200 nm．红外光谱（ FTIR）、 X射线光电子能谱（ XPS）及热分析结果表明，随着超声时间延长， GO的含氧官能团种类没有变化，但是GO含氧官能团总量逐渐升高，其中环氧基团含量逐渐下降，羧酸基团含量变化不大，酮基基团含量先下降后升高，羟基基团含量先升高后下降，醚氧基团含量逐渐升高．基于上述结果，提出了超声裁剪GO的机理：超声空化现象形成的剪切力使GO的碳碳键、环氧、酮基基团断裂， GO片层尺寸变小；在超声诱导下水分子形成的羟基自由基和氢自由基与片层上断裂形成的碳自由基结合生成羟基或醚氧基团，未发生水解的碳自由基形成新的碳碳键，长时间的超声作用还会使羟基基团发生断裂并转化成酮基基团．利用超声在纯水中裁剪GO的条件温和，不使用其它化学试剂，可以有效控制 GO 片层尺寸，是一种具有应用前景的二维材料裁剪技术．

关键词：超声裁剪、氧化石墨烯、片层尺寸、裁剪机理

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分类号：O613.71(无机化学)

资助基金：国家自然科学基金批准号21606212，21407134;中国工程物理研究院化工材料研究所科技创新基金批准号KJCX-201414资助．? Supported by the National Natural Science Foundation of China．21606212，21407134;the Science and Technology Innovation Fund of Institute of Chemical Materials of Chinese Academy of Engineering PhysicsNo．KJCX-201414．

在线出版日期：2017-02-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：20-27