氧化石墨烯： 一般性、用途和应用

自2004年曼彻斯特集团首次分离石墨烯以来，这种纳米材料已被证明是工业层面新应用开发最具革命性的材料。

石墨烯具有非凡的电学、光学、热性能和高机械阻力。石墨烯的性质归因于其二维（2D）片形式的结构，由六方键合的碳原子和一个碳原子的厚度形成。

目前石墨烯的生产方法不同，这些方法可以分为两种方法，根据其来源，“自下而上”的方法和“自上而下”的方法。自下而上的方法包括通过构建块（原子，分子）创建石墨烯结构，例如，通过化学气相沉积（CVD）;而“自上而下”的方法涉及石墨烯的生产，从石墨的氧化。石墨由相互堆叠的石墨烯片组成。在下图中，表示了从石墨氧化中获得石墨烯的过程。

通过石墨氧化获得go的过程示意图。

石墨氧化过程始于在硫酸（H₂SO₄）中添加石墨。具有恒定的机械搅拌。随后，缓慢加入高锰酸钾（KMnO₄），产生化学反应，允许石墨（石墨烯片彼此堆叠）在其结构中进行化学修饰。当KMnO₄与 H₂SO₄，氧化锰形式VII（Mn₂或₇），它是双键芳香族化合物（如石墨）上选择性极强的氧化剂。氧化剂分子攻击石墨中每片石墨烯的结构，将含氧官能团（含氧）接枝到每片上，如环氧化物（C-O-C）和羟基（-OH）基团）和羧基（-COOH，CO₂H）在每片的边缘，得到氧化石墨和氧化石墨烯（GO），见图1。

图 1.氧化石墨烯的结构

含氧官能团的掺入使得石墨等材料，高度疏水（其排斥水）和良好的电导体，使氧化石墨和氧化石墨烯（GO）成为高度亲水性材料，即它们容易被水摇动和分散（见图2）。GO在化学上与氧化石墨相似，但在结构上它因堆叠的排列和片材数量而异。

图 2.（a 和 b）石墨和氧化石墨烯（GO）在水中的行为，c）GO片，透射电子显微镜（TEM）。

GO可以定义为单片剥落石墨烯或几片（3-4）的堆叠，其具有不同的含氧基团。其主要特性之一是亲水性，绝缘性和吸湿性（吸收水分）。另一方面，氧化石墨烯片材具有较大的表面积，并表现出较高的机械强度和柔韧性。

应用

氧化石墨烯因其卓越的机械，化学，热性能等，在科学技术的各个领域引起了极大的兴趣。因此，开始了大量的研究，以利用氧化石墨烯的性质。

2011年，首次研究将GO用作大规模生产石墨烯的前体，用作聚合物基质中的负载/增强/增强材料，如高密度聚乙烯（HDPE）和低密度聚乙烯（LDPE）。

到2014年，GO被认为是可行的阻燃剂。目前，仍在进行研究，以使其与不同的聚合物材料功能化。

2017年，第一批关于基于GO的膜制造的报告开始，因为它对气体和液体是不渗透的，显示出其过滤小颗粒，有机分子甚至用于海水淡化的能力。

2018年，Energeia-Graphenemex开始研究氧化石墨烯作为生产防腐和抗菌涂料的新型添加剂。2019年，他们增加了对具有抗菌行为的涂层中氧化石墨烯的研究，这与GO能够穿透产生氧化应激并抑制其繁殖的细菌细胞膜这一事实有关。

特别是，GO的功能化使其适用于生物系统，用于鉴定特定分子的生物传感器，药物输送系统等。

Energeia – Graphenemex®，拉丁美洲领先的墨西哥公司，致力于研究和生产用于工业应用开发的石墨烯材料。他在大规模生产氧化石墨烯（GO）方面拥有丰富的经验，具有不同程度的氧化和高质量，可用于不同的应用和行业。目前，它使用氧化石墨烯生产混凝土添加剂以及以Graphenergy品牌销售的防腐和抗菌涂料。

引用

1. M. Fang， K. Wang， H. Lu， Y. Yang 和 S. Nutt，“石墨烯纳米片的共价聚合物功能化和复合材料的机械性能”，《材料化学学报》，第 19 卷，第 7098-7105 页，2009 年。
2. B. 迪特里希Wartig，R. Mülhaupt和B. Schartel，“膨胀铵聚（磷酸盐）和矿物填料氢氧化镁与石墨烯组合的阻燃性能，”聚合物，第6卷，第2875-2895页，2014年。
3. Y.-j. Wan， L.-X. Gong， L.-C. Tang， L.-B. Wu 和 J.-X. Jiang，“填充硅烷功能化氧化石墨烯的环氧复合材料的机械性能”，“ COMPOSITES PART A， vol. 64， pp. 79-89， 2014.
4. J. Wang， C. Xu， H. Hu， L. Wan， R. Chen， H. Zheng， F. Liu， M. Zhang， X. Shang and X. Wang， “使用乙烯基三乙氧基硅烷作为偶联剂的LDPE /石墨烯纳米复合材料的合成，机械和阻隔性能，” J. Nanopart Res， vol. 13， pp. 869-878， 2011.