编号：FTJS107753
篇名： 低成本实现大片天然石墨的完全氧化（英文）
作者： 张元元1,2；麦键彬3；陈威1,2；张文龙1,2；刘婧1；廖华平1；安军伟4；王炯辉5；黄冬梅5；吕伟1,2；杜鸿达1,2；康飞宇1,2
关键词： 大片氧化石墨烯; 原位监测; 氧化; 氧化剂浓度; 温度;
机构：1.清华大学深圳国际研究生院,材料研究院,广东省热管理工程与材料重点实验室2.深圳盖姆石墨烯中心,炭功能材料国家地方联合工程实验室3.广东工业大学,精密电子制造技术与装备国家重点实验室4.内蒙古清蒙石
摘要： 与小片氧化石墨烯相比，大片氧化石墨烯在多种应用场景中具有显著优势。然而，通过Hummers法氧化大片天然石墨来制备大片氧化石墨烯比较困难。研究者普遍认为原因在于：大片石墨难以被完全氧化，且在反应过程中易碎裂成小片。通过对石墨氧化过程进行原位监测，我们发现若给予足够时间，大片石墨能够被完全氧化，同时宏观上保持基本完整。石墨的氧化过程受制于氧化剂在层间的扩散，根据菲克定律，较高的氧化剂浓度梯度可增强扩散效率。本研究提出，通过减少浓硫酸用量以提高氧化剂浓度，探索最小硫酸使用量，实现了半固态条件下克级大片石墨的完全氧化。此外，优化反应温度可以平衡石墨氧化反应与Mn(Ⅶ)自分解反应。基于此，在较低的硫酸与高锰酸钾用量下，成功实现了克级200目、100目及50目天然石墨的完全氧化。经过剥离，获得平均径向尺寸分别为27.3、58.7、116.2μm的大片氧化石墨烯。本研究不仅为大片氧化石墨烯的制备提供了可规模化且经济高效的策略，也深化了对Hummers类反应机制的理解。