氧化石墨

氧化石墨正式名稱為石墨氧化物或被稱為石墨酸，是一種由物質量之比不定的碳、氫、氧元素構成的化合物。氧化石墨可以通過用強氧化劑來處理石墨來製備。所得到的的產物中，氧化程度最高的產物是一種碳、氧數量之比介於2.1到2.9之間黃色固體，並仍然保留石墨的層狀結構，但結構變得更複雜。

基本介紹

• 中文名：氧化石墨
• 外文名：Graphite Oxide
• 別名：Graphitic Oxide
• 別名：Graphitic Acid
• 時間：1859年，1957年
• 簡稱：GO

簡介

鬆散的氧化石墨分散在鹼性溶液中形成類似石墨烯結構的單原子厚度的片段。氧化石墨因為具有這個性質，所以具有用於工業化生產石墨烯的可能性，因此吸引了眾多科學家參與研究。但直到2010年為止，這條石墨烯製備路線仍存在大量結構方面的問題。

歷史

氧化石墨最早是由牛津大學的化學家班傑明·C·布羅迪在1859年用氯酸鉀和濃硝酸混合溶液處理石墨的方法製得。

結構

氧化石墨的結構和性質取決於合成它的方法。氧化石墨仍然保留石墨母體的片狀結構，但是兩層間的間距（約0.7nm）大約是石墨中層間距的兩倍。嚴格的說，“氧化”一詞是不正確的，只是由於歷史原因而保留下來了。在氧化石墨中，除了純粹引入氧原子的過氧鍵外，實驗證實，結構中還存在其他種類官能團，比如羰基（=CO）、羥基（-OH）和酚羥基。 氧化石墨層的厚度約為1.1 ± 0.2 nm。掃描隧道顯微鏡表明在氧化石墨中某些區域內，氧原子以0.27 nm × 0.41 nm的晶格常數排列為矩形。在氧化石墨層的最邊緣均為羰基或羧基。

編號系統

CAS號：149-91-7

MDL號：MFCD00002510

EINECS號：205-749-9

RTECS號：LW7525000

BRN號：2050274

物性數據

1.性狀：白色或淡黃色針狀結晶或粉末

2.相對密度：1.694

3.熔點（分解，℃）：253~240

4.溶解性：溶於熱水、乙醚、乙醇、丙酮和甘油，難溶於冷水，不溶於苯和氯仿。

毒理學數據

1、急性毒性：大鼠皮下LDLo：5 gm/kg；

小鼠腹腔LD50：4300 mg/kg；

小鼠靜脈LD50：320 mg/kg；

兔子經口LD50：5 gm/kg。

2、生殖毒性：大鼠皮下TDLo：5 mg/kg。

生態學數據

其它有害作用：該物質對環境可能有危害，對水體應給予特別注意。

分子結構數據

1、摩爾折射率：38.82

2、摩爾體積：97.2

3、等張比容（90.2K）：314.4

4、表面張力（dyne/cm）：109.2

5、極化率：15.39

計算化學數據

1.疏水參數計算參考值（XlogP）:無

2.氫鍵供體數量:4

3.氫鍵受體數量:5

4.可旋轉化學鍵數量:1

5.互變異構體數量:14

6.拓撲分子極性表面積98

7.重原子數量:12

8.表面電荷:0

9.複雜度:169

10.同位素原子數量:0

11.確定原子立構中心數量:0

12.不確定原子立構中心數量:0

13.確定化學鍵立構中心數量:0

14.不確定化學鍵立構中心數量:0

15.共價鍵單元數量:1

性質與穩定性

具有酸性和收斂性。

貯存方法

密封於乾燥陰涼處保存。

合成方法

赫摩爾斯和奧弗曼在1957年提出一種更加安全、快速、有效的方法。他們將濃硫酸、硝酸鈉、高錳酸鉀混合後處理石墨來製備氧化石墨，這個方法至今仍被廣泛使用（至2009年為止）。

最近濃硫酸與高錳酸鉀的混合溶液被用於切割碳納米管來產生少量的石墨烯納米帶，並且石墨烯納米帶的邊緣具有氧原子（=O)或者羥基(-OH)等基團。

由五倍子製得。五倍子的主要成分為單寧酸，屬水解類單寧，能溶於熱水，具有澀味，是和種無定形的複雜有機物。我國五倍子單寧酸是由五倍子酸、雙倍酸與葡萄糖結合以甙或酯的形式形成的複雜混合物。單寧酸經加壓水解即生成沒食子酸和葡萄糖。水解時先生成以沒食子酸酯，再由雙沒食子酸酯水解成沒食子酸，水解溫度為133-135℃，壓力為0.18-0.2MPa。從升壓至0.18MPa開始反應保持2h即達終點。與常壓水解比較，可節約硫酸和蒸汽，生產能力可提高25%。

用途

1、沒食子酸在製藥，墨水，染料，食品，輕工和有機合成等方面有許多用途。沒食子酸與三價鐵離子生成藍黑色沉澱，是藍黑墨水的原料；工業上也用於製革；還可做照相顯影劑。沒食子酸丙酯為抗氧劑，可用於食用油脂以防腐臭變質。在醫藥上沒食子酸是止血收斂劑，也是溫和的局部刺激劑。

2、具有抗菌作用，可治療菌痢。具有收斂、止血、止瀉作用。可用作防腐劑。可製備焦性沒食子酸、藥物、墨水、媒介染料和防爆劑等。還用作顯影劑和檢測游離無機酸、二羥基丙酮、生物鹼和金屬等的分析試劑。

3、可用作防腐劑，可製備媒介染料和防爆劑等。

安全信息

安全標識：S26S36

危險標識：R36/37/38

前沿研究

近來氧化石墨被聚焦了太多的注意力，科學家試圖以氧化石墨為原料來大規模工業化生產石墨烯。雖然眾所周知，石墨烯具有很好的電學性質，但氧化石墨本身卻是絕緣體（或是半導體）。

由於氧化石墨中存在大量親水基團（如羧基與羥基），氧化石墨很容易在水溶液分散，形成單個小片段，而且絕大部分都只有單個石墨層。之後再通過還原反應就可以還原得懸浮狀態的石墨烯片段。

少量的實驗室製備石墨烯的方法是用肼處理處於懸浮狀態的氧化石墨，並加熱至100℃保持24小時。或者也可以將氧化石墨放入氫氣氛圍中，通過電擊得到。或者將氧化石墨暴露在強脈衝光線下，例如氙氣燈也能得到石墨烯。