研究预览：大尺寸氧化石墨烯(LGO )最适合许多基于石墨烯的APP应用。 在这项研究中，中科院的ygk和ysdzm团队首次以电化学改性石墨为前体合成了LGO，其平均尺寸为83m。 该方法的好处很多，例如可以减少氧化时间(1小时)和氧化剂剂量) 2当量)，同时可以实现更快、更高产)约90.3%的LGO产品。 还原后的LGO纸片结构与使用小尺寸GO组装的对应产品相比，显示出更好的机械性能和约4倍的电导率。 实验结果表明，电化学预处理工艺是在使用少量氧化剂的同时加速石墨氧化，控制氧化石墨烯大小的有效方法。
目前研究的瓶颈：氧化石墨烯是石墨烯的产物，其结构中含有各种各样的含氧官能团。 它有非常多的特性，特别是有良好的加工性和功能化的灵活性。 大尺寸的氧化石墨烯由于强相互作用、少边缘接触性、高强度的特性，导电率、机械强度、液晶特性大幅提高。 但是，目前研究的瓶颈是如何快速有效地制造大尺寸氧化石墨烯。 传统的制造尺寸超过50m的氧化石墨烯的方法需要至少6小时的氧化时间、大量的氧化剂，但生产率仅为4.3%。 中科院的ygk和ysdzm项目小组采用新的制造方法加快了电化学处理工艺。
LGO的制造过程与各种制造方法的比较
SEM可以非常清晰地看到LGO的表面形态，可以直接利用LGO的物质性能进行微观成像。 首先在SEM图中，可以看到制作的大尺寸氧化石墨烯片层的横向粒径和厚度分布，可以清晰地看到大部分尺寸大于50m，甚至大于250m的氧化石墨烯片层结构。 因此，如果同时使用拉曼光谱，大面积氧化石墨烯的拉曼光谱在1351cm-1处有非常强的d吸收峰，ID/IG的可取值为1.15~1.23，该范围在制造的大面积氧化石墨烯的结构上有缺陷，因此，可以认为，
并用SEM和拉曼光谱分析的测试结果表明，该团队得到的氧化石墨烯确实是大尺寸的，本质上是无定形碳结构。 拉曼扫描电镜联用系统(RISE )是一种新的测试方法，该系统的测试直接证明了团队的新方法是成功的，测试结果为标题) large-sized Graphene oxide )得到了印证
RISE是指拉曼光谱和SEM的并用测试技术。 RISE将拉曼光谱和SEM一体化，在得到氧化石墨烯微观形态的同时，对同一区域的氧化石墨烯进行拉曼光谱检测。 这样可以直接得到氧化石墨烯的SEM和拉曼图像。 整个测试过程处于真空环境下，不仅保证了结果的正确性； 此外，还可以避免样品移动过程中的污染和浪费。 RISE比分别使用拉曼光谱和SEM有很多优点。 这里简要说明两点。
1、区分使用SEM和拉曼光谱。 这样存在测试时间差，对于前沿科学研究来说，论文中的创新点很可能会提前被其他研究者发表。
2 .如果分开使用SEM和拉曼光谱法，拉曼光谱法有可能符合研究成果，但这部分样品已经被使用或样品被污染，其他批次样品的SEM找不到合适的微观形态； 或者，光靠前面的测试结果是不行的，所以可能放弃了这个样本，但出乎意料的是，这个样本的其他测试是实验预期的结果。
总之，如果区分使用SEM和拉曼光谱，不仅需要花费大量的时间和精力，延迟了实验的进度和论文的发表时间； 而且，会导致样本的污染、浪费等，浪费了之前实验的成果和努力。
LGO的SEM(a )、侧方粒径分布直方图) b )、AFM ) c )、厚度分布直方图) d )、拉曼光谱、XPS
AFM的全名是原子力显微镜，也就是原子力显微镜。 由AMF图像可知，各层的厚度基本在1-5nm之间。 将尺寸分布和切片结构制成条形图(b )和) d )。 由b柱状图可知，平均尺寸为83m，超过85%的产品的尺寸超过50m； 由d图可知，基本上80%为单层或双层结构。 如果并用AFM的结果和SEM，可以得出这个团队用电化学方法得到的氧化石墨烯确实是大面积、大尺寸、而且是薄层结构的结论。
x射线光电子能谱分析(x -射线光电子能谱分析，XPS )可以进行大面积氧化石墨烯的化学结构(如官能团)的分析。 由XPS光谱图可知，制造的大面积氧化石墨烯结构中存在酯基(289eV )、碳-氧双键) 288eV )、碳-碳双键) 284.6eV )、碳-氧单键) 286.8eV )等多个官能团
">制备产物LGO的偏光显微镜照片，表层的SEM和横断面的SEM
图g是将所得到的LGO薄片的水分散体（0.5mg/mL）的偏光显微镜图。偏光显微镜是利用光的偏振特性对具有双折射性物质进行研究鉴定的仪器。通过图g的POM图，我们可以看到LGO薄片呈现弥散的纹理。由于大尺寸诱导的原因，就形成了稳定的向列相液晶结构。而且随着分散体LGO浓度的增加，这种液晶现象成为了主体。水分散体也可加工成具有光滑表面（图i）和和致密层状结构组织（图j）的可折叠纸（图h）。
LGO的应变-应力曲线
从图k所示的应变-应力曲线可以看出，LGO纸的杨氏模量(12.2 GPa)和抗拉强度(156.3 MPa)均高于传统制备的平均侧向量的小型氧化石墨烯(SGO)纸。这是因为LGO纸比SGO纸含有更少的层间连接。减少层间连接也会降低相邻片之间的隔层接触电阻。
上图是样品制备过程中各种中间产物的XRD图像，从XRD图中可以清晰的看到各中间产物的吸收峰，显示出在制备过程中的石墨的去石墨结构和含氧官能团的增加，有利于解释电化学方法处理对石墨烯结构变化的机理。
EMG的插入距离随着含氧官能团的形成而增大，说明石墨向氧化石墨的演化。经过1 h的氧化，EMG完全失去了其石墨化特征(峰值为26.60(0 02))，表明其氧化均匀而且完全。另一方面，在石墨的情况下，即使在氧化1小时后，也可以观察到26.6°的峰值(虽然比氧化石墨的特征峰(约9.69)弱)。该团队还研究了电化学预处理过程中石墨结构的变化。XRD (图c)和Raman (图d)结果均表明，EMG表现为阶段1的阶层。这与EMG的蓝色是一致的。
根据实验过程和表征方法的结果可以清楚的了解到，每个实验步骤的原理及其石墨烯分子层面的结构变化。
实验过程及其原理分析
研究结果：中国研究院的ygk和ysdzm课题组使用了一种全新的方法，该方法不仅速度快（氧化时间为1小时）而且氧化剂的用量也比较少（2当量的剂量），克服了之前氧化时间长和氧化剂用量多等因素的限制。该研究制备的产物使用了多种测试方法进行表征（如XRD、POM、XPS），特别是拉曼-扫描电镜联用系统RISE的结果证明了电化学方法得到的氧化石墨烯尺寸的大小信息、表面形态，结构等信息。测试结果显示：LGO的平均尺寸达到了83µm，而产量也从4.3%提高到90.3%。实验结果表明，与使用小尺寸GO组装的对应产物相比，还原后的LGO纸片结构显示出更好的机械性能和将近高四倍的导电率。
该工作得到了国家自然科学基金，国家博士后科学基金和上海市科委项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2019.02.029