目前的(de)(de)(de)研究(jiu)瓶頸：氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)石墨(mo)烯(xi)(xi)是(shi)一(yi)種(zhong)(zhong)石墨(mo)烯(xi)(xi)的(de)(de)(de)產物，而(er)且(qie)它(ta)(ta)的(de)(de)(de)結構中含(han)有(you)(you)(you)各式各樣的(de)(de)(de)含(han)氧(yang)官(guan)能團。它(ta)(ta)有(you)(you)(you)非常多的(de)(de)(de)特(te)(te)性(xing)，特(te)(te)別是(shi)在良好的(de)(de)(de)可加工(gong)性(xing)和(he)(he)功(gong)能化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)靈活性(xing)。大(da)尺寸(cun)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)石墨(mo)烯(xi)(xi)因為有(you)(you)(you)很強(qiang)的(de)(de)(de)相互(hu)作用(yong)，很少的(de)(de)(de)邊(bian)緣(yuan)接觸性(xing)和(he)(he)高強(qiang)度的(de)(de)(de)特(te)(te)性(xing)，使得它(ta)(ta)的(de)(de)(de)導電(dian)率，機械強(qiang)度，液(ye)晶特(te)(te)性(xing)有(you)(you)(you)了很大(da)的(de)(de)(de)提高。但是(shi)，現在的(de)(de)(de)研究(jiu)瓶頸是(shi)如何(he)又快又高效率的(de)(de)(de)制(zhi)備出(chu)大(da)尺寸(cun)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)石墨(mo)烯(xi)(xi)。傳統的(de)(de)(de)制(zhi)備出(chu)尺寸(cun)超過(guo)50?m的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)石墨(mo)烯(xi)(xi)方法(fa)需要花費至少6小(xiao)時(shi)的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)時(shi)間、大(da)劑量的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑，但是(shi)產率卻只(zhi)有(you)(you)(you)4.3%。中國(guo)科(ke)學院的(de)(de)(de)劉志和(he)(he)丁古巧課題組使用(yong)了一(yi)種(zhong)(zhong)全新的(de)(de)(de)制(zhi)備方法(fa)加速電(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學處理過(guo)程。

LGO的(de)(de)制備(bei)過程(cheng)與各種制備(bei)方法比較SEM能夠(gou)非常清(qing)晰的(de)(de)看(kan)到LGO的(de)(de)表面形態，可直接利用LGO的(de)(de)物質性能進行微觀成像。首先SEM圖可以(yi)看(kan)到制備(bei)的(de)(de)大尺寸(cun)(cun)氧化石墨烯片(pian)層的(de)(de)側向(xiang)粒徑和厚度(du)分布(bu)，可以(yi)清(qing)晰的(de)(de)看(kan)到絕大多(duo)數(shu)的(de)(de)尺寸(cun)(cun)大于(yu)50?m,甚至可以(yi)看(kan)到大于(yu)250?m的(de)(de)氧化石墨烯片(pian)層結(jie)構(gou)。于(yu)是聯用拉(la)曼光(guang)譜，發現大面積氧化石墨烯的(de)(de)拉(la)曼光(guang)譜在1351cm-1處(chu)有一個非常強的(de)(de)D吸收峰，且(qie)ID/IG的(de)(de)取(qu)值范(fan)圍(wei)(wei)是1.15到1.23，這個范(fan)圍(wei)(wei)也說明了制備(bei)得到的(de)(de)大面積氧化石墨烯的(de)(de)結(jie)構(gou)是有缺陷的(de)(de)，而且(qie)這種結(jie)構(gou)缺陷是均勻(yun)分布(bu)的(de)(de)。

SEM和拉曼(man)光(guang)譜聯用測(ce)(ce)試結果表明(ming)該團(tuan)隊得到的(de)氧化(hua)石(shi)墨烯確(que)實是大尺寸而且在本質上(shang)是無定形碳結構。拉曼(man)-掃描(miao)電鏡(jing)聯用系(xi)統（RISE）是一種新型的(de)測(ce)(ce)試方(fang)法(fa)，通(tong)過該系(xi)統的(de)測(ce)(ce)試直接(jie)證明(ming)了該團(tuan)隊的(de)新方(fang)法(fa)是成功(gong)的(de)，測(ce)(ce)試的(de)結果印證了標題（large-sized Graphene oxide）。

RISE指的(de)是拉(la)曼(man)(man)光(guang)譜和(he)SEM的(de)聯用測試技術。RISE將拉(la)曼(man)(man)光(guang)譜與SEM集為一體，在(zai)獲(huo)得氧化石墨烯(xi)的(de)微(wei)觀形貌的(de)同時，對同一區域(yu)的(de)氧化石墨烯(xi)進行拉(la)曼(man)(man)光(guang)譜檢(jian)測。這樣就可以直接獲(huo)得氧化石墨烯(xi)的(de)SEM和(he)拉(la)曼(man)(man)圖像。整個測試過程(cheng)都是在(zai)真空(kong)環境下，不僅(jin)保證了結果的(de)準確性；而且能夠避(bi)免樣品在(zai)移動過程(cheng)中的(de)污染和(he)浪費(fei)。與分別使用拉(la)曼(man)(man)光(guang)譜和(he)SEM相比(bi)，RISE具有非常多的(de)好處(chu)，在(zai)此簡述兩點：

1、分(fen)開(kai)使用SEM和拉(la)曼光譜，這樣就存在(zai)一個測(ce)試的(de)時間差，對于前(qian)沿的(de)科學研(yan)究(jiu)來說，很可能會導致論(lun)文中的(de)創(chuang)新點被其(qi)他(ta)研(yan)究(jiu)人員提前(qian)發表。

2、分(fen)開使(shi)用SEM和(he)拉曼(man)光譜，就(jiu)(jiu)有可能會存在拉曼(man)光譜圖(tu)較(jiao)符(fu)合(he)研究成果，而(er)這部分(fen)樣(yang)品(pin)(pin)已(yi)經被(bei)用掉或者(zhe)(zhe)樣(yang)品(pin)(pin)被(bei)污染，其他批次的樣(yang)品(pin)(pin)的SEM找(zhao)不到較(jiao)合(he)適的微(wei)觀形貌(mao)；又(you)或者(zhe)(zhe)是(shi)僅(jin)僅(jin)根據前一個(ge)的測(ce)試結(jie)果不理想，就(jiu)(jiu)放(fang)棄了(le)這個(ge)樣(yang)品(pin)(pin)，殊不知此樣(yang)品(pin)(pin)的其他測(ce)試是(shi)非常(chang)符(fu)合(he)實驗預期的結(jie)果。

總而言之(zhi)，分開(kai)使用SEM和(he)拉曼光譜(pu)，不(bu)僅會(hui)花(hua)費大量的時間和(he)精力，延(yan)誤實驗進度和(he)論(lun)文發表(biao)時間；而且會(hui)導致樣品(pin)被污染、浪費等，使得前面(mian)的實驗成果或者努力付之(zhi)東流。

LGO的SEM（a）、側向粒(li)徑分(fen)布柱(zhu)狀圖(tu)（b）、AFM（c）、厚(hou)度分(fen)布柱(zhu)狀圖(tu)（d）、拉(la)曼(man)光(guang)譜(pu)和XPS。

AFM全稱Atomic ForceMicroscope，即原子力顯微鏡(jing)。從AMF圖像，我們(men)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)(chu)每層的厚度(du)基本上(shang)在1-5nm之間。將(jiang)尺(chi)寸(cun)分布和片層結(jie)構(gou)做成柱(zhu)狀圖（b）和（d）。從b柱(zhu)狀圖中可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)(chu)平均尺(chi)寸(cun)是(shi)(shi)83?m而(er)且(qie)超過(guo)85%的產品的尺(chi)寸(cun)超過(guo)50?m；從d圖中可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)(chu)，基本上(shang)80%的是(shi)(shi)單層或者雙(shuang)層的結(jie)構(gou)。將(jiang)AFM的結(jie)果(guo)和SEM聯用可(ke)以(yi)得出(chu)(chu)結(jie)論(lun)，該團(tuan)隊使(shi)用電化(hua)學方法得到的氧(yang)化(hua)石墨烯(xi)確實是(shi)(shi)大面積、大尺(chi)寸(cun)的而(er)且(qie)是(shi)(shi)薄層結(jie)構(gou)。

X射線光電子能譜(pu)分析（X-ray photoelectron spectroscopy, XPS）可(ke)以對(dui)大(da)面(mian)積氧化(hua)石(shi)墨烯進行化(hua)學結構(gou)（如(ru)官能團(tuan)）分析。從XPS光譜(pu)圖可(ke)以看(kan)出制備得到(dao)的大(da)面(mian)積氧化(hua)石(shi)墨烯結構(gou)中(zhong)存(cun)在大(da)量的官能團(tuan)，比如(ru)說酯基（289eV）、碳(tan)氧雙(shuang)鍵（288eV）、碳(tan)碳(tan)雙(shuang)鍵（284.6eV）、碳(tan)氧單鍵（286.8eV）等，這些(xie)結果(guo)和(he)拉曼光譜(pu)中(zhong)得到(dao)的結果(guo)一致，都共同的證明了該研究得到(dao)的大(da)面(mian)積氧化(hua)石(shi)墨烯的均質化(hua)結構(gou)缺陷。

制備產物LGO的(de)偏光(guang)顯微(wei)鏡照片(pian)，表層的(de)SEM

和(he)橫(heng)斷面的SEM圖g是將所得(de)到的LGO薄(bo)片(pian)的水(shui)(shui)分散(san)體（0.5mg/mL）的偏光顯微鏡(jing)圖。偏光顯微鏡(jing)是利用光的偏振(zhen)特性(xing)對(dui)具(ju)有(you)雙(shuang)折射性(xing)物質進行研(yan)究鑒定(ding)的儀器。通過(guo)圖g的POM圖，我們可(ke)以看到LGO薄(bo)片(pian)呈現(xian)彌散(san)的紋理(li)。由(you)于大尺寸誘導的原(yuan)因，就(jiu)形成(cheng)了(le)穩定(ding)的向列相液(ye)晶結(jie)構(gou)。而且隨著分散(san)體LGO濃度的增加，這種液(ye)晶現(xian)象成(cheng)為了(le)主體。水(shui)(shui)分散(san)體也(ye)可(ke)加工成(cheng)具(ju)有(you)光滑表(biao)面（圖i）和(he)和(he)致密層(ceng)狀結(jie)構(gou)組織（圖j）的可(ke)折疊紙（圖h）。

LGO的應(ying)(ying)變-應(ying)(ying)力(li)曲線從圖k所示的應(ying)(ying)變-應(ying)(ying)力(li)曲線

可以看出，LGO紙的(de)(de)楊氏模量(liang)（12.2 GPa）和(he)抗拉強度（156.3 MPa）均高于傳統制備的(de)(de)平(ping)均側向量(liang)的(de)(de)小(xiao)型氧化石(shi)墨烯（SGO）紙。這(zhe)是(shi)因為LGO紙比(bi)SGO紙含有更少的(de)(de)層間(jian)連接(jie)。減少層間(jian)連接(jie)也會(hui)降(jiang)低相鄰片之間(jian)的(de)(de)隔層接(jie)觸電阻(zu)。

上圖是(shi)樣品(pin)制備(bei)過程中各種中間(jian)產(chan)物的(de)(de)XRD圖像，從XRD圖中可以清(qing)晰(xi)的(de)(de)看到各中間(jian)產(chan)物的(de)(de)吸收(shou)峰，顯示出在制備(bei)過程中的(de)(de)石墨的(de)(de)去石墨結構和含(han)氧官能團的(de)(de)增加(jia)，有利(li)于解釋電(dian)化(hua)學方法(fa)處(chu)理對石墨烯(xi)結構變化(hua)的(de)(de)機理。

EMG的(de)(de)(de)插(cha)入距離隨著含氧(yang)官能團的(de)(de)(de)形成而增大，說明(ming)石(shi)墨(mo)向氧(yang)化(hua)(hua)石(shi)墨(mo)的(de)(de)(de)演化(hua)(hua)。經過1 h的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)，EMG完全失去了其石(shi)墨(mo)化(hua)(hua)特征(zheng)（峰(feng)(feng)值(zhi)為26.60（0 02）），表明(ming)其氧(yang)化(hua)(hua)均(jun)勻而且(qie)完全。另一(yi)方(fang)面，在石(shi)墨(mo)的(de)(de)(de)情況下，即使在氧(yang)化(hua)(hua)1小時后，也可(ke)以觀察到26.6°的(de)(de)(de)峰(feng)(feng)值(zhi)（雖(sui)然比氧(yang)化(hua)(hua)石(shi)墨(mo)的(de)(de)(de)特征(zheng)峰(feng)(feng)（約9.69）弱(ruo)）。該(gai)團隊還研(yan)究了電化(hua)(hua)學(xue)預處理過程中石(shi)墨(mo)結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)變化(hua)(hua)。XRD （圖(tu)c）和Raman （圖(tu)d）結(jie)果均(jun)表明(ming)，EMG表現(xian)為階段(duan)1的(de)(de)(de)階層。這與EMG的(de)(de)(de)藍(lan)色是一(yi)致的(de)(de)(de)。

根(gen)據實驗(yan)過程和表征方法的(de)(de)結果可以(yi)清楚(chu)的(de)(de)了解到，每個實驗(yan)步驟的(de)(de)原理及其(qi)石墨烯(xi)分子層面的(de)(de)結構變(bian)化(hua)。

實驗過(guo)程及其原理分析

研(yan)究結果：中(zhong)國研(yan)究院(yuan)的(de)(de)(de)(de)劉志和(he)丁古巧課(ke)題組使(shi)用(yong)(yong)(yong)了一種(zhong)全(quan)新的(de)(de)(de)(de)方法(fa)，該方法(fa)不僅速度快（氧(yang)(yang)化時間為1小(xiao)(xiao)時）而且氧(yang)(yang)化劑的(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)(yong)量也比較少（2當量的(de)(de)(de)(de)劑量），克服了之前氧(yang)(yang)化時間長和(he)氧(yang)(yang)化劑用(yong)(yong)(yong)量多(duo)等因素的(de)(de)(de)(de)限制。該研(yan)究制備(bei)的(de)(de)(de)(de)產物使(shi)用(yong)(yong)(yong)了多(duo)種(zhong)測試方法(fa)進行表征(zheng)（如XRD、POM、XPS），特別(bie)是拉曼-掃(sao)描電鏡聯用(yong)(yong)(yong)系統RISE的(de)(de)(de)(de)結果證明了電化學方法(fa)得到的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化石墨烯尺(chi)寸(cun)(cun)的(de)(de)(de)(de)大小(xiao)(xiao)信息(xi)(xi)、表面形態(tai)，結構等信息(xi)(xi)。測試結果顯(xian)示(shi)：LGO的(de)(de)(de)(de)平均尺(chi)寸(cun)(cun)達到了83?m，而產量也從4.3%提高(gao)到90.3%。實驗結果表明，與使(shi)用(yong)(yong)(yong)小(xiao)(xiao)尺(chi)寸(cun)(cun)GO組裝的(de)(de)(de)(de)對應產物相比，還(huan)原后的(de)(de)(de)(de)LGO紙片結構顯(xian)示(shi)出更好的(de)(de)(de)(de)機械性能和(he)將近高(gao)四倍的(de)(de)(de)(de)導電率。