石墨烯作为一种具有优异性能的碳材料,应用前景广阔。在我国,煤炭资源储量丰富,因此以煤为原料来制备石墨烯的研究具有重要意义。尤其是受岩浆影响的热接触变质煤,因其高碳含量和高芳香度的特点,成为探讨制备石墨烯的潜在原料。
在此研究中,以淮北煤田朔里煤矿5号煤层为对象,采集了3个靠近岩浆侵入体的热接触变质煤作为原料。研究团队采用改进的Hummers法制备煤基石墨烯,具体过程包括原煤的石墨化、氧化、超声剥离以及最终还原为石墨烯。使用傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱和X射线衍射等技术对煤基石墨、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯逐一进行了分析。
分析结果表明,3个样品制得的煤基石墨的(002)晶面间距均为0.338 1 nm。氧化石墨烯的分子结构中含有羧基、羟基和环氧基,这些官能团在还原后脱落,形成了还原氧化石墨烯结构中的缺陷。煤基石墨和还原氧化石墨烯的红外光谱中均出现了羟基的特征吸收峰,区别在于煤基石墨中的羟基为石墨化过程中所残留,而还原氧化石墨烯中的羟基则是氧化石墨烯未彻底还原所致。
通过拉曼光谱分析还发现,氧化石墨烯在还原后ID/IG > 1,这一现象是由于在还原过程中,石墨烯片层表面的环氧基脱落,导致面缺陷的形成。
对于还原氧化石墨烯的制备和特性,相关研究与成果可以参考以下资源:
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