化學氧化還原法

利用化學方法將石墨轉為氧化石墨為取得大量石墨烯薄片的一 種途徑，石墨之氧化方法主要有三種，分別為 Hummers 法、Brodie 法、Standenmaier 法，較多藉由 Hummers 法，用濃硫酸、磷酸與高 錳酸鉀將石墨氧化，改變石墨層中的自由電子對，氧化石墨基本平面 邊緣，碳原子與氫氧根、環氧基等含氧官能基鍵結形成，對表面進行 修飾，降低凡得瓦力，提高親水性，因此氧化石墨具高度親水性，在 比例 1 mg/ml 水中利用超音波震盪將氧化石墨分散且片狀剝離成標準 厚度約 1 nm，因氧化石墨稀有鍵結含氧官能基，較原先標準厚度 0.34 nm 厚，完成震盪後，形成膠狀氧化石墨稀，因其親水性與靜電排斥，

此時氧化石墨稀十分穩定，雖氧化石墨與氧化石墨稀具相同化學特性，

但其化學結構截然不同，氧化石墨稀此時為絕緣體缺陷高，待還原為 石墨烯，如圖 2.25 所示⁽⁶⁾。

還原氧化石墨稀方法有三種，分別為使用還原劑於高溫或高壓情 圖 2.24 滾筒式轉移法示意圖⁽³⁴⁾

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況下將氧化石墨稀還原、通入惰性氣體並升高溫度至 200^oC，使原先 與碳鍵結之含氧官能基因加熱穩定性下降，轉為水蒸氣或二氧化碳等 形式脫離石墨烯達到還原效果、將催化劑摻雜至氧化石墨稀中，在高 溫條件下，誘導氧化石墨稀還原，如圖 2.26 所示⁽⁶⁾。此三種方法，實 行還原效果最好之方法為第一種，添加還原劑還原氧化石墨稀，氧化 石墨稀之還原劑有幾種如：聯氨、硼氫化納，其中聯氨不會與水反應，

為最佳還原氧化石墨稀製程薄、品質佳之石墨薄片，還原過程中，原 先散布氧化石墨稀之水溶液為咖啡色，將轉為黑色，散布在水中之薄 片將聚集，開始沉澱逐漸不具親水性，因原先鍵結之含氧官能基逐漸 被移除，取得大量石墨烯；因氧化石墨稀之含氧官能基在快速升溫，

高溫之情況下會不穩定而迅速分解，故可藉第二種方法取得石墨烯；

然而使用催化劑使氧化石墨稀中之電子產生轉移，Williams 團隊利用 二氧化鈦作為催化劑，將氧化石墨稀與催化劑之混和物置於紫外光照 射下，使電子轉移至氧化石墨稀，取得二氧化鈦微小粒子與石墨烯之 複合物。

另外一種較特別之方式，是利用奈米碳管做為碳源，由高錳酸鉀 與硫酸氧化奈米碳管後經離子蝕刻，打斷奈米碳管成管狀之鍵結，如 同縱向切割奈米碳管一般，藉化學還原方法進而取得石墨烯⁽⁶⁾。

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圖 2.25 將氧化石墨轉為氧化石墨稀流程⁽⁶⁾

圖 2.26 將氧化石墨烯還原為石墨稀流程⁽⁶⁾

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