不同氧化程度氧化石墨烯氨气敏感性能及机理

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1、第*期杨建召等:氧化石墨烯含氧官能团对氨气敏感性能的影响·9·不同氧化程度氧化石墨烯氨气敏感性能及机理201808010573杨建召,2，孙红娟1,2,3*，彭同江2,3，雷德会2,3，岳焕娟1,2,3(1.西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳621010；2.西南科技大学固体废物处理与资源化教育部重点实验室，四川绵阳621010；3.西南科技大学矿物材料及应用研究所，四川绵阳621010)摘要：基于改进Hummers法，通过改变氧化剂KMnO4用量制备了各种含氧官能团含量差异明显的氧化石墨烯(GOs)水相分

2、散液，采用旋涂法制备了厚度均一的氧化石墨烯气敏元件。利用XRD、FTIR、XPS对氧化石墨（烯）样品的结构、官能团种类及含量进行了分析；利用气敏测试系统对氧化石墨烯气敏元件的氨气(NH3)敏感性能进行了测试。结果表明：GOs含有羟基(—OH)、环氧基(—CH(O)CH—)等含氧官能团，随KMnO4用量的增加，GOs中羟基(—OH)的相对含量先增加后减少，当m（KMnO4）：m（石墨）=3:1时，羟基(—OH)的相对含量最高。不同氧化程度的GOs气敏元件对NH3灵敏度与其羟基(—OH)的相对含量呈正相关性，GO

3、s中羟基相对含量为43.75%时，气敏元件对体积分数为0.008%的NH3最大灵敏度达到78%，且有较好的稳定性和重复性，重复性误差为3.1%。GOs对NH3分子的响应存在NH3分子进入GOs片层间水分子层后水解形成NH4+的离子电导和GOs结构层上含氧官能团对NH3分子吸附后形成氢键的电荷转移两种机制。关键词：氧化石墨烯；氧化程度；含氧官能团；氨敏性能；功能材料中图分类号：0613.71文献标识码：ASensitivityandMechanismofGrapheneOxidewithDifferentOxi

4、dationDegreeYANGJian-zhao1,2,SUNHong-juan1,2,3*,PENGTong-jiang2,3,LEIDe-hui2,3,YUEHuan-juan1,2,3(1.SchoolofEnvironmentandResources,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,Sichuan,China;2.EducationMinistryKeyLaboratoryofSolidWasteTreatmentan

5、dResourceRecycle,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,Sichuan,China;3.InstituteofMineralMaterialsandApplication,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,Sichuan,China)Abstract:Grapheneoxide(GOs)aqueousdispersionswithdiffe

6、rentcontentofoxygen-containingfunctionalgroupswerepreparedbychangingtheamountofoxidantKMnO4.Andthegrapheneoxidefilmpreparedbyspincoatingmethod.Thetypeandcontentofthefunctionalgroups,spectralcharacteristicwereimplementedbyXRD,FTIR,XPS.Ammonia(NH3)sensitivity

7、istestedbyWS-30Agassensingsystem.Theresultshowsthatgraphiteoxidecontainsoxygenfunctionalgroupssuchashydroxylgroup(—OH),epoxygroup(—CH(O)CH—)andsoon.Therelativecontentofhydroxyl(—OH)inGOsincreasesfirstandthendecreaseswiththeincreaseofKMnO4content.Therelative

8、contentofhydroxyl(—OH)isthehighestwhenm(KMnO4):m(Graphite)=3:1.Thesensitivityof第*期杨建召等:氧化石墨烯含氧官能团对氨气敏感性能的影响·9·differentdegreesofoxidationGOsgassensorstoNH3ispositivelycorrelatedwiththerelativecontentof