官能化氧化石墨制造

在氧化石墨烯的纳米孔道中，分布着氧化区域和纳米sp2杂化碳区域，水分子在通过氧化区域时能够与含氧官能团形成氢键，从而增加了水流动阻力，而在杂化碳区域水流阻力很小。芳香碳网中形成的大多数通路被含氧官能团有效阻挡，从而分离海水中Na+和Cl-等小分子物质12, 13。相比于其他纳米材料，GO为快速水输送提供了较多优越性能，如光滑无摩擦的表面，超薄的厚度和超高的机械强度，所有这些特性都提高了水的渗透性。前超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等膜技术，已经成功地应用到水处理的各个领域，引起越来越多的企业家和科学家的关注8-11。GO薄膜在海水淡化领域的应用主要是去除海水中的盐离子，探究GO薄膜的离子传质行为具有更为重要的实用意义。氧化石墨烯可以有效去除溶液中的金属离子。官能化氧化石墨制造

氧化石墨烯（GO）在很宽的光谱范围内具有光致发光性质，同时也是高效的荧光淬灭剂。氧化石墨烯（GO）具有特殊的光学性质和多样化的可修饰性，为石墨烯在光学、光电子学领域的应用提供了一个功能可调控的强大平台[6]，其在光电领域的应用日趋***。氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（RGO）应用于光电传感，主要是作为电子给体或者电子受体材料。作为电子给体材料时，利用的是其在光的吸收、转换、发射等光学方面的特殊性质，作为电子受体材料时，利用的是其优异的载流子迁移率等电学性质。本书前面的内容中对氧化石墨烯（GO）、还原氧化石墨烯（RGO）的电学性质已经有了比较详细的论述，本章在介绍其在光电领域的应用之前，首先对相关的光学性质部分进行介绍。官能化氧化石墨制造与石墨烯量子点类似，氧化石墨烯量子点也具备一些特殊的性质。

比较成熟的非线性材料有半导体可饱和吸收镜和碳纳米管可饱和吸收体。但是制作半导体可饱和吸收镜需要相对复杂和昂贵的超净制造系统，这类器件的典型恢复时间约为几个纳秒，且半导体可饱和吸收镜的光损伤阀值很低，常用的半导体饱和吸收镜吸收带宽较窄。碳纳米管是一种直接带隙材料，带隙大小由碳纳米管直径和属性决定。不同直径碳纳米管的混合可实现宽的非线性吸收带，覆盖常用的1.0～1.6 um激光増益发射波段。但是由于碳纳米管的管状形态会产生很大的散射损耗，提高了锁模阀值，限制了激光输出功率和效率，所以，研究人员一直在寻找一种具有高光损伤闽值、超快恢复时间、宽带宽和价格便宜等优点的饱和吸收材料。

使得*在单层中排列的水蒸气可以渗透通过纳米通道。通过在GO纳米片之间夹入适当尺寸的间隔物来调节GO间距，可以制造广谱的GO膜，每个膜能够精确地分离特定尺寸范围内的目标离子和分子。水合作用力使得溶液中氧化石墨烯片层间隙的距离增大到1.3 nm，真正有效、可自由通过的孔道尺寸为0.9 nm，计算出水合半径小于0.45 nm的物质可以通过氧化石墨烯膜片，而水合半径大于0.45 nm的物质被截留，如图8.4所示。例如，脱盐要求GO的层间距小于0.7 nm，以从水中筛分水合Na +（水合半径为0.36nm）。 通过部分还原GO以减小水合官能团的尺寸或通过将堆叠的GO纳米片与小尺寸分子共价键合以克服水合力，可以获得这种小间距。与此相反，如果要扩大GO的层间距至1~2 nm，可在GO纳米片之间插入刚性较大的化学基团或聚合物链（例如聚电解质），从而使GO膜成为水净化、废水回收、制药和燃料分离等应用的理想选择。 如果使用更大尺寸的纳米颗粒或纳米纤维作为插层物，可以制备出间距超过2nm的GO膜，以用于生物医学应用（例如人工肾和透析），这些应用需要大面积预分离生物分子和小废物分子。石墨烯微片的缺陷有时使其无法满足某些复合材料在抗静电或导电、隔热或导热等方面的特殊要求。

与石墨烯量子点类似，氧化石墨烯量子点也具备一些特殊的性质。当GO片径达到若干纳米量级的时候将会出现明显的限域效应，其光学性质会随着片径尺寸大小发生变化[48]，当超过某上限后氧化石墨烯量子点的性质相当接近氧化石墨烯，这就提供了一种通过控制片径尺寸分布改变氧化石墨烯量子点光响应的手段。与GO类似，这种pH依赖来源于自由型zigzag边缘的质子化或者去质子化。同样，这也可以解释以GO为前驱体通过超声-水热法得到的石墨烯量子点的光发射性能，在蓝光区域其光发射性能取决于zigzag边缘状态，而绿色的荧光发射则来自于能级陷阱的无序状态。通过控制氧化石墨烯量子点的氧化程度，可以控制其发光的波长。这一类量子点的光学性质类似于GO，这说明只要片径小于量子点，都会产生同样的光学效应，也就是在结构上存在一个限域岛状SP2杂化的碳或者含氧基团在功能化过程中引入的缺陷状态。松散的氧化石墨分散在碱性溶液中形成类似石墨烯结构的单原子厚度的片段。官能化氧化石墨制造

氧化石墨可以用于提高环氧树脂、聚乙烯、聚酰胺等聚合物的导热性能。官能化氧化石墨制造

氧化石墨烯经还原处理后，对于提高其导电性、比表面等大有裨益，使得石墨烯可以应用于对于导电性、导热性等要求更高的应用中。在还原过程，含氧官能团的去除和控制过程本身也可成为石墨烯改性的一种方式，根据还原方式的不同得到的石墨烯也具有不同的特性和应用场景。例如，通过热还原方式得到的还原氧化石墨烯结构、形貌、组分可通过还原条件进行适当的调控。Dou等1人介绍了在氩气流下在1100-2000°C的温度范围内进行热处理得到的石墨烯结构和吸附性能的研究。所得到石墨烯粉体材料的表面积增加至超过起始前驱体材料四倍，对氧化石墨烯进行热还原处理提高了氧化石墨烯的热学性能，赋予了氧化石墨烯材料热管理方面的应用。官能化氧化石墨制造