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氧化石墨烯还原方法概述(二)

2024-10-17 15:06:41
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氧化石墨烯还原方法概述(二)

溶剂热还原氧化石墨:在溶剂中直接加热GO悬浮液还原。还原过程通常在密封容器中进行,加热时容器内的压力增加,悬浮液温度可以升温至溶剂沸点以上的温度。

水热处理:超临界水可以起到还原剂的作用。此外,随着压力和温度的变化,水的物理化学性质也随之改变,可以催化极性 (离子)键在水中发生裂解反应。水热处理的方法已经被用于利用大分子含碳化合物制备均一性良好的碳纳米球碳纳米管。

研究人员通过水热法处理GO溶液提出了一种“只含水”的溶剂热处理方法,发现超临界水不仅部分地去除了GO的官能团,而且修复了碳晶格中的芳香结构。研究发现,在碱性溶液(pH=11)水热还原可以制备稳定均一的RGO溶液,而在酸性溶液(pH=3)中水热会导致RGO发生聚集,即使在浓氨水中也无法再分散。作者认为,该还原过程类似于质子催化酒精脱水过程,其中质子是形成羟基的来源。

电化学还原氧化石墨:目的是去除含氧基团来达到还原的目的。在室温下以水溶液作缓冲液,可在电化学电池中进行GO的电化学还原。电化学还原反应主要依靠GO与电极之间的电子交换,通常不需要特殊的化学试剂,可以避免使用危险还原剂如肼,并消除了副产物。

化学试剂还原氧化石墨:化学试剂还原是利用具有还原性的化学试剂还原GO一类常用的方法。具体可以分为:硼氢化物、氢铝化物、氢卤酸、含硫还原剂、含氮还原剂、含氧还原剂、金属酸还原剂、金属碱性还原、氨基酸还原。但因为试剂可使用过多,在此只挑选有针对性的,有意义的试剂进行讲解。

硼氢化物:硼氢化钠(NaBH4)是一种常见的硼氢化物。也是合成化学中常用的还原剂。这种盐具有四面体的 BH4-。易溶于水和乙醇介质。在缺电试剂 (如羰基官能团)存在的情况下。硼氢化物会进行氢负离子转移反应生成氧离子和缺电子的BH3分子。随后BH3分子和氧负离子的稳定化作用会使硼氢化物复原。

通过一个三步反应制备磺化石墨烯,在水中和有机溶剂中均有良好的分散性,其中第一步反应就是利用NaBH4作为还原剂还原氧化石墨,这种预还原的磺化石墨烯的电导为17S/m。

氢铝化物:在合成化学中,氢化铝锂是最强的还原剂之一,其还原能力超过硼氢化盐,因此更多的含氧基团如羧酸、酯可以被还原成相应的羟基。相对于硼氢化钠和肼使用氢化铝锂还原的石墨烯碳氧比可达到12(NaBH4∶9.5,N2H4∶11.5)。

氢化铝锂对于GO的还原程度可以通过检测石墨烯上的亚甲基(—CH2—)来表征。一般认为,这种亚甲基是由不饱和羰基烯烃加氢得到。此外,氢化铝锂还原得到的石墨烯在水溶液中的分散稳定性较低,这可能和还原程度较高有关。


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