功能化石墨烯结构的分析探讨

图2-6为石墨烯、GNO、CGN和BGN的红外光谱图，由图可知，石墨烯的红外图谱中几乎没有红外吸收峰出现，表明多层石墨烯的结构比较完整，没有明显的结构缺陷；石墨烯经过酸化形成的GNO的红外图谱中出现了多个官能团的吸收峰，3430cm-1处的吸收峰为羧基、羟基及吸附水中羟基的吸收峰，1725cm-1处的吸收峰为羰基或羧基中C=O键的伸缩振动吸收峰，但吸收峰强度很小，1637cm-1和1582cm-1处的峰为C=C的伸缩振动吸收峰，1385cm-1处为C—OH的弯曲振动吸收峰，1040cm-1处的峰为环氧基团C—O—C的伸缩振动吸收峰，而功能化修饰后获得的CGN和BGN上的一些官能团的吸收峰强度明显变弱，3430cm-1处的—OH吸收峰强度有所减小，1725cm-1的C=O键和1040cm-1处的C—O—C吸收峰几乎消失不见，表明在功能化修饰过程中，这些官能团可能参与了反应，同时，在2923cm-1和2850cm-1处甲基和亚甲基中C—H键的伸缩振动吸收峰十分明显，表明功能化改性过程中CTAB和Bz已成功引入GNO片层，CGN和BGN中1725cm-1处C=O键的吸收峰很弱，而—OH的吸收峰很强，表明酸化处理过程中产生的主要为羟基，少量产生羧基，这也被先前的研究报告证实[124]。

图2-6　石墨烯、CGN、GNO和BGN的红外光谱图(www.xing528.com)

图2-7　石墨烯、GNO、BGN和CGN的XRD谱图

图2-7 为石墨烯、GNO、BGN 和CGN 的XRD 图谱，由图可知，多层石墨烯微片在2θ=26.3°处有一个较强的衍射峰，而石墨的衍射峰也在2θ=26.3°处，但其衍射峰要更为尖锐，因为本章使用的为多层石墨烯微片，衍射峰和层间距与石墨基本一致，较难以区分，但多篇研究报道中[124, 132-136]已利用拉曼光谱（Raman Spectrum）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等表征手段对多层石墨烯和GNO 的结构形态进行测试分析，已证实表明所用材料为多层石墨烯且GNO 多在片层边缘处存在缺陷与含氧官能团，本章在此处就不再赘述。由图2-7可知，GNO的衍射峰也在2θ=26.3°处，但其强度却显著降低且衍射峰也变宽，表明经酸化后多层石墨烯的晶体结构遭到一定的破坏；但其层间距未发生变化，表明主体部分还是多层石墨烯，也表明酸化过程中产生的含氧官能团多分布在石墨烯片层边缘和缺陷部位，对石墨烯层间距基本没有影响，这也与先前研究报道相佐证[128]。功能化改性后得到的CGN和BGN的衍射峰也在2θ=26.3°处，其衍射峰的强度进一步降低，表明CTAB与Bz引入石墨烯片层上可进一步破坏石墨烯的晶体结构，但功能化石墨烯层间距未发生变化是因为石墨烯片层上的含氧官能团多在片层边缘和缺陷处，CTAB和Bz与含氧官能团结合反应后也多是在片层边缘，因此，对石墨烯层间距的贡献不大，虽然Bz分子链的空间结构更大，但也与CTAB一样无法进入片层内部，因此，改性效果与CTAB基本一致。