石墨烯是一种在光子和光电子领域十分有吸引力的材料,与别的材料相比有很多优点[1]。作为一种零带隙材料,石墨烯的光响应谱覆盖了从紫外到THz范围;同时,石墨烯在室温下就有着惊人的电子输运速度,这使得光子或者等离子体转换为电流或电压的速度极快;石墨烯的低耗散率以及可以把电磁场能量限定在一定区域内的性质,带来了很强的光与石墨烯相互作用。虽然还原氧化石墨烯(RGO)缺少本征石墨烯中观测到的电子输运效应以及其它一些凝聚态物质效应,但其易于规模化制备、性质可调等优异特性,使其在传感检测领域展现出极大的应用前景。石墨原料片径大小、纯度高低等以及合成方法不同,因此导致所合成出来的GO片的大小有差异。氧化石墨常见问题
氧化石墨烯表面的-OH和-COOH等官能团含有孤对电子,可作为配位体与具有空的价电子轨道的金属离子发生络合反应,生成不溶于水的络合物,从而有效去除溶液中的金属离子。Madadrang等45制得乙二胺四乙酸/氧化石墨烯复合材料(EDTA-GO),通过研究发现其对金属离子的吸附机制主要为络合反应,即氧化石墨烯的表面官能团与水中的金属离子反应形成复杂的络合物,具体过程如图8.7所示,由于形成的络合物不溶于水,可通过沉淀等作用分离去除水中的金属离子。呼和浩特改性氧化石墨氧化石墨可以通过用强氧化剂来处理石墨来制备。
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。
工业化和城市化导致天然地表水体中的有毒化学品排放,其中包括酚类、油污、***、农药和腐植酸等有机物,这些污染物在制药,石化,染料,农药等行业的废水中***检测到。许多研究集中在从水溶液中有效去除这些有毒污染物,如光催化,吸附和电解54-57。在这些方法中,由于吸附技术低成本,高效率和易于操作,远远优于其他技术。与传统的膜材料不同,GO作为碳质材料与有机分子的相互作用机理差异很大。新的界面作用可在GO膜内引入独特的传输机制,导致更有效地从水中去除有机污染物。石墨烯和GO对有机物的吸附机理的研究表明,疏水作用、π-π键交互作用、氢键、共价键和静电相互作用会影响石墨烯和GO对有机物的吸附能力。氧化石墨片层的厚度约为1.1 ± 0.2 nm。
配体交换作用即:氧化石墨烯上原有的配位体被溶液中的金属离子所取代,并以配位键的形式生成不溶于水的配合物,**终通过简单的过滤即可从溶液中去除。Tang等47对Fe与GO(质量比为1:7.5)复合及Fe与Mn(摩尔比为3∶1)复合的氧化石墨烯/铁-锰复合材料(GO/Fe-Mn)进行了吸附研究,通过一系列的实验表明,氧化石墨烯对Hg2+的吸附机理主要是配体交换作用,其比较大吸附量达到32.9mg/g。Hg2+可在水环境中形成Hg(OH)2,与铁锰氧化物中的活性点位(如-OH)发生配体交换作用,从而将Hg(OH)2固定在氧化石墨烯/铁-锰复合材料上,达到去除水环境中Hg2+的目的。氧化石墨烯经一定功能化处理后可发挥更大的性能优势,例如大比表面积、高敏感度和高选择性等,这些特性对于氧化石墨烯作为吸附剂吸附水环境中的金属离子有着重要的作用。扫描隧道显微镜照片表明,在氧化石墨中氧原子排列为矩形。河北附近氧化石墨
石墨烯在可见光范围内的光吸收系数近乎常数。氧化石墨常见问题
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。氧化石墨常见问题