氢碘酸高效还原氧化石墨烯薄膜

【摘要】：氧化石墨烯的还原是实现石墨烯大量制备和应用的关键环节,然而现有的化学还原方法在还原氧化石墨烯薄膜时通常会造成薄膜结构的破坏。本研究通过对比不同还原试剂在还原氧化石墨烯薄膜时的状态变化提出了还原反应过程中气相物质的生成和溢出是造成薄膜结构破坏的主要因素;通过对氧化石墨烯表面化学结构的分析,提出了利用氢碘酸等卤化试剂实现氧化石墨烯及其薄膜材料高效无损还原的新方法,并基于这一还原方法制备出了具有较高性能的石墨烯透明导电薄膜材料。研究发现,这种还原处理在去除薄膜层间含氧官能团的同时,反应产物以液相的形式从薄膜内部析出,产生的毛细作用力使薄膜厚度明显减小、结构更加致密,提高了石墨烯片层之间的结合力,因此还原后得到的石墨烯薄膜在导电性、力学强度和柔韧性等方面都有了显著的提高;该研究首次使用强酸性还原剂实现了GO的高效还原,突破了以前GO还原只有在碱性环境中才能有效进行的观点。还原过程研究发现了卤素的取代和自发消去行为,并提出了亲核取代是GO还原反应基本过程的见解,为进一步深化对GO还原机理的认识、发展新的GO还原技术并拓宽GO的应用提供了重要参考。