化学与化工
中学生在中科院搞事情之——石墨烯的制备
浪里黑条 2018-3-17
【以下内容根据某同学的建议,是用我少有的严肃口吻写的】
    由于参加了某某计划,我得到机会来到中科院,进行"石墨烯在锂硫电池中的应用"课题研究。今明两天的实验是制备石墨烯。
    下面进入正题
    实验试剂:石墨粉,硝酸钠,浓硫酸,高锰酸钾,水,过氧化氢,硫代硫酸钠
   实验步骤:
1.称取1g石墨粉,0.5g硝酸钠,放入烧杯中,同时放入一枚磁力搅拌子;
280176

280177


2.量取24ml浓硫酸,一次性加入烧杯【此处无图】;
3.称取3g高锰酸钾备用;
280179


4.将烧杯放进冰水浴中,整个放在磁搅器上,开启搅拌;
5.缓慢加入高锰酸钾,一次一药匙,缓缓抖入,每加完一药匙间隔约10min再加下一药匙;
280180


【接下来的步骤尚未开始,随时更新】

[修改于 1 年前 - 2018-03-17 18:18:36]

2018-3-17 10:27:55
浪里黑条(作者)
1楼
为什么图是横着的???HXKRRRR告诉我他也遇到过这样的情况,难道因为我们两个手机型号一样吗……【捂脸】
2楼
手动旋转????
浪里黑条(作者)
3楼
引用 二十七杯调料酒:

不管用啊

[修改于 1 年前 - 2018-03-17 10:49:30]

4楼
坐等你的结果,啊对了 你做个对比 不加硫代硫酸钠和硝酸钠试试
浪里黑条(作者)
5楼
引用 向雨田:
硫代硫酸钠是用来还原氧化石墨烯顺便沉积硫的,不能不加~
硝酸钠不加的话,按照文献,似乎效果不好~
我目前做不了对比,因为实验进程是导师给安排的~
6楼
湖南大学还是山西煤炭所有篇文章 你可以看看 关于氧化石墨的 硝酸钠没什么用  
浪里黑条(作者)
7楼
引用 向雨田:
预氧化用硫酸或硝酸或二者混合物,不能说硝酸钠没用。
浪里黑条(作者)
8楼
6.加完高锰酸钾后继续搅拌30min,升温至35℃继续搅拌10h;
7.静置澄清过夜;
这两步并非我操作,因此无图。预计第六步将于今天20-21时左右结束。

[修改于 1 年前 - 2018-03-17 13:58:07]

9楼
图是横着的原因大概是因为你用手机拍照的时候手机是竖着的。
如果你有电脑,建议在电脑上把原图另存为一下,可能可以解决。
浪里黑条(作者)
10楼
引用 last-order:
有道理~谢谢!
浪里黑条(作者)
11楼
补发一个实验原理
    在硫酸和硝酸钠中(实质上起作用的是硫酸和硝酸),硫酸和硝酸会部分钻入石墨片层之间,称为石墨的预氧化。
    然后加入高锰酸钾,由于高锰酸钾的强氧化性(在强酸性介质中更是如此),石墨片层会被加上许多羧基和环氧基等,这时生成的是氧化石墨。由于大量其他基团的引入,石墨片层之间的距离增大,范德华力减小,层与层之间逐渐剥离。随着被氧化部分的剥离,内部未反应完全的石墨暴露出来,继续被氧化。所以实际上,上两步反应是同时在进行的。随着反应的进行,反应体系会逐渐变得粘稠,这是由于石墨被氧化后的剥离过程会膨胀并形成亲水性的胶体。剥离下来的单层或少层的氧化石墨,称为氧化石墨烯。
    反应完成后加入水(一定要慢!)稀释(由于体系粘度太大,难以将其倒出,只能将水加入其中并每加一滴水都充分搅拌),并加入过氧化氢除去多余的氧化剂(七价锰)。随后静置或离心分离,取沉淀(主要成分即为氧化石墨烯)。
    将沉淀用5%盐酸(不用特别精确)洗涤3~5次并离心分离,以除去杂质离子(Mn2+等),再用水洗涤除去多余的酸,直至清液pH值≈7。(这一步,测量pH值时不要带入氧化石墨烯,否则由于其上的羧基结果将一直呈酸性。)
    由于课题为"石墨烯在锂硫电池中的应用",石墨烯需与单质硫混合。因此选用硫代硫酸钠作为还原剂,在还原的同时在石墨烯上沉积硫,省去混合的步骤。最终产物将是石墨烯和硫的均匀混合体系。

[修改于 1 年前 - 2018-03-25 14:20:09]

浪里黑条(作者)
12楼
明天上午我会再次前往中科院~去完成我未竟的事业😂

[修改于 1 年前 - 2018-03-17 22:56:48]

浪里黑条(作者)
13楼
现在可以明显看出体系粘度增大,搅拌速度变慢了。280188

啊~图终于正过来了~~~
隔着通风橱玻璃拍摄,因此略有模糊。

[修改于 1 年前 - 2018-03-18 08:54:47]

浪里黑条(作者)
14楼
8.逐滴滴加46ml水(由于是把水加入浓硫酸体系中所以一定要慢)280189

浪里黑条(作者)
15楼
这46ml水要滴加一个小时以上。
浪里黑条(作者)
16楼
46ml水滴加完成,液体变成不可描述的颜色。上热水浴,继续搅拌30min。
280190

280191

[修改于 1 年前 - 2018-03-18 12:00:50]

17楼
硝酸钠作为插层剂不可缺少。
题目应该改成还原氧化石墨烯, 而不是石墨烯, 两者区别较大。
贴一篇文章
18楼
我差点以为是李嘉辉同学········
浪里黑条(作者)
19楼
引用 极速外卖:
那是?谁???【尬】
20楼
楼主在中科院哪个研究所
浪里黑条(作者)
21楼
引用 苦丁茶:
实验是在过程所做的~虽然我本人并不是中科院的人😂
2018-3-21 01:33:27
22楼
最近nature有个文章说石墨烯在层间转角为1.1度时呈现超导特性,楼主可以关注一下。
浪里黑条(作者)
23楼
引用 虎哥:
谢谢虎哥~我听说啦~不过我看了一下,似乎也是在低温的条件呢,好像说是1.7K?不过即便如此,对于结构比较简单的石墨烯而言,既然能在某些条件下超导,应该能够比较容易地研究超导的原理吧~
24楼
液相剥离石墨烯不行的,few layer graphene, not mono layer graphene
浪里黑条(作者)
25楼
引用 pankewen:
这里也用不着单层石墨烯,少层的足以胜任了,毕竟它的任务只是导电而已~单层的,以我的条件(包括中科院能给我的),我想做出来也不容易呀~

[修改于 1 年前 - 2018-03-21 23:00:03]

浪里黑条(作者)
26楼
由于周一到周五我的学业略重,没有足够的时间去做实验,因此接下来操作(分离&洗涤&还原)可能是本周周六日进行,也可能是中科院的其他人替我操作~
27楼
你这个氧化时间过长,defect多,还原后的rGO导电率很差的。要导电的话直接从膨胀石墨超声剥离或者轻度氧化再剥离。
你们有兴趣我下次可以发个教程教你们怎么剥单层石墨烯哈哈。
2018-3-24 09:35:55
浪里黑条(作者)
28楼
引用 pankewen:
这是人家使用已久的方法,还是要看实验结果再说~
浪里黑条(作者)
29楼
继续更新
在我不在的时候已经清洗过几遍,变成这样的状态:280220


现在继续清洗:加水摇匀,调平质量,8000rpm离心分离10min。280221

[修改于 1 年前 - 2018-03-24 09:52:20]

浪里黑条(作者)
30楼
倾去上层清液,加水调平摇匀(这时它已经变得十分粘稠了,摇匀的活动量堪比体育课素质恢复训练……),9500rpm离心分离10min。280222

浪里黑条(作者)
31楼
重复操作,转速提高至10200rpm。此时离心分离已经效果不明显,每管(约40ml)只能倾倒出约1ml的清液。此处无图
此时将其中一管分成两管重复洗涤,其他管暂时闲置。

[修改于 1 年前 - 2018-03-24 11:32:54]

浪里黑条(作者)
32楼
10200rpm继续离心~280224

浪里黑条(作者)
33楼
操作完啦~把洗涤完的氧化石墨烯转移到烧杯里,放入超声机中,超声使其分散并进一步剥离。(无图)

[修改于 1 年前 - 2018-03-24 17:34:40]

2018-4-15 03:19:19
浪里黑条(作者)
34楼
明天上午继续实验

不对 已经是今天了

[修改于 1 年前 - 2018-04-15 03:27:42]

浪里黑条(作者)
35楼
称取1.16g硫代硫酸钠与20ml水配成溶液。
称取1.2g浓盐酸与30ml水配成溶液。
称取52.6g浓度为1.9mg/g的氧化石墨烯分散液。
将硫代硫酸钠溶液与氧化石墨烯分散液混合,随后缓慢加入盐酸。恒温90℃磁搅,2h。
期间继续洗涤剩余的氧化石墨烯。
浪里黑条(作者)
36楼
两边同时进行……280491

280490

浪里黑条(作者)
37楼
洗完的氧化石墨烯。(分散液)280492

[修改于 1 年前 - 2018-04-15 11:38:46]

2018-4-30 13:32:21
38楼
问一下,氧化时石墨烯断哪个键插入COOH的,如果是离域大π键的话,不会影响导电吗?
浪里黑条(作者)
39楼
引用 jimmy06:
氧化石墨烯在片层中间主要是加入环氧基团,羧基一般在边缘~再加上还原之后大π键会大部分恢复,影响不会太大,虽然肯定会有~
40楼
引用 jimmy06:
rGO导电性取决于还原程度以及还原前的GO氧化程度。。。一般来说导电性会差很多的。。。谁说π键会大部分恢复的?
浪里黑条(作者)
41楼
引用 pankewen:
上次去实验室的时候我把它还原了一部分,之后大致测了一下导电性已经很好了,当然也不排除质量好的石墨烯可能更好……

[修改于 1 年前 - 2018-04-30 19:48:20]

42楼
你测出来的rGO的导电率多少?
浪里黑条(作者)
43楼
引用 pankewen:
没仔细测,就是拿了点接电路里试了一下,可能不太严谨
44楼
中国科技大学毕业的小伙在美国刚刚成功实现了常温石墨烯超导试验。
2018-5-6 10:14:56
浪里黑条(作者)
45楼
这一部分实验基本结束了,后续实验详见https://www.kechuang.org/t/82826?&page=0&highlight=845904#845904
46楼
这个实验好像加入高锰酸钾要特别小心,个人感觉这一步比能材制备还危险,主要是锰酸酐,上海某大学出过事
浪里黑条(作者)
47楼
引用 smith:
的确,必须慢慢加,我做的时候是严格控温20℃以下的……太高了我记得七氧化二锰会自爆吧?

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