濟(jì)南改性氧化石墨

光學(xué)材料的某些非線性性質(zhì)是實(shí)現(xiàn)高性能集成光子器件的關(guān)鍵。光子芯片的許多重要功能，如全光開關(guān)，信號再生，超快通信都離不開它。找尋一種具有超高三階非線性，并且易于加工各種功能性微納結(jié)構(gòu)的材料是眾多的光學(xué)科研工作者的夢想，也是成功研制超高性能全光芯片的必由之路。超快泵浦探針光譜表明，重度功能化的具有較大SP3區(qū)域的GO材料在高激發(fā)強(qiáng)度下可以出現(xiàn)飽和吸收、雙光子吸收和多光子吸收[6][50][51][52]，這種效應(yīng)歸因于在SP3結(jié)構(gòu)域的光子中存在較大的帶隙。相反，在具有較小帶隙的SP2域中的*出現(xiàn)單光子吸收。石墨烯在飛秒脈沖激發(fā)下具有飽和吸收[52]，而氧化石墨烯在低能量下為飽和吸收，高能量下則具有反飽和吸收[51]。因此，通過控制GO氧化/還原的程度，實(shí)現(xiàn)SP2域到SP3域的比例調(diào)控，可以調(diào)整GO的非線性光學(xué)性質(zhì)，這對于高次諧波的產(chǎn)生與應(yīng)用是非常重要的。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(zhì)量之比不定的碳、氫、氧元素構(gòu)成的化合物。濟(jì)南改性氧化石墨

與石墨烯量子點(diǎn)類似，氧化石墨烯量子點(diǎn)也具備一些特殊的性質(zhì)。當(dāng)GO片徑達(dá)到若干納米量級的時(shí)候?qū)霈F(xiàn)明顯的限域效應(yīng)，其光學(xué)性質(zhì)會隨著片徑尺寸大小發(fā)生變化[48]，當(dāng)超過某上限后氧化石墨烯量子點(diǎn)的性質(zhì)相當(dāng)接近氧化石墨烯，這就提供了一種通過控制片徑尺寸分布改變氧化石墨烯量子點(diǎn)光響應(yīng)的手段。與GO類似，這種pH依賴來源于自由型zigzag邊緣的質(zhì)子化或者去質(zhì)子化。同樣，這也可以解釋以GO為前驅(qū)體通過超聲-水熱法得到的石墨烯量子點(diǎn)的光發(fā)射性能，在藍(lán)光區(qū)域其光發(fā)射性能取決于zigzag邊緣狀態(tài)，而綠色的熒光發(fā)射則來自于能級陷阱的無序狀態(tài)。通過控制氧化石墨烯量子點(diǎn)的氧化程度，可以控制其發(fā)光的波長。這一類量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)類似于GO，這說明只要片徑小于量子點(diǎn)，都會產(chǎn)生同樣的光學(xué)效應(yīng)，也就是在結(jié)構(gòu)上存在一個(gè)限域島狀SP2雜化的碳或者含氧基團(tuán)在功能化過程中引入的缺陷狀態(tài)。濟(jì)南改性氧化石墨石墨、碳纖維、碳納米管和GO可以作為熒光受體。

GO膜在水處理中的分離機(jī)理尚存在諸多爭議。一種觀點(diǎn)認(rèn)為通過尺寸篩分以及帶電的目標(biāo)分離物與納米孔之間的靜電排斥機(jī)理實(shí)現(xiàn)分離，如圖8.3所示。氧化石墨烯膜的分離通道主要由兩部分構(gòu)成：1）氧化石墨烯分離膜中不規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)形成的半圓柱孔道；2）氧化石墨烯分離膜片層之間的空隙。除此之外，由氧化石墨烯結(jié)構(gòu)缺陷引起的納米孔道對于水分子的傳輸提供了額外的通道19-22。Mi等23研究認(rèn)為干態(tài)下通過真空過濾制備的氧化石墨烯片層間隙的距離約為0.3nm。

在氧化石墨烯的納米孔道中，分布著氧化區(qū)域和納米sp2雜化碳區(qū)域，水分子在通過氧化區(qū)域時(shí)能夠與含氧官能團(tuán)形成氫鍵，從而增加了水流動阻力，而在雜化碳區(qū)域水流阻力很小。芳香碳網(wǎng)中形成的大多數(shù)通路被含氧官能團(tuán)有效阻擋，從而分離海水中Na+和Cl-等小分子物質(zhì)12,13。相比于其他納米材料，GO為快速水輸送提供了較多優(yōu)越性能，如光滑無摩擦的表面，超薄的厚度和超高的機(jī)械強(qiáng)度，所有這些特性都提高了水的滲透性。前超濾膜、納濾膜、反滲透膜等膜技術(shù)，已經(jīng)成功地應(yīng)用到水處理的各個(gè)領(lǐng)域，引起越來越多的企業(yè)家和科學(xué)家的關(guān)注8-11。GO薄膜在海水淡化領(lǐng)域的應(yīng)用主要是去除海水中的鹽離子，探究GO薄膜的離子傳質(zhì)行為具有更為重要的實(shí)用意義。關(guān)于GO與水泥基復(fù)合材料的作用機(jī)制，研究者也有不同的觀點(diǎn)，目前仍沒有定論。

氧化石墨烯（GO）的光學(xué)性質(zhì)與石墨烯有著很大差別。石墨烯是零帶隙半導(dǎo)體，在可見光范圍內(nèi)的光吸收系數(shù)近乎常數(shù)（～2.3%）；相比之下，氧化石墨烯的光吸收系數(shù)要小一個(gè)數(shù)量級（～0.3%）[9][10]。而且，氧化石墨烯的光吸收系數(shù)是波長的函數(shù)，其吸收曲線峰值在可見光與紫外光交界附近，隨著波長向近紅外一端移動，吸收系數(shù)逐漸下降。對紫外光的吸收（200-320nm）會表現(xiàn)出明顯的π-π*和n-π*躍遷，而且其強(qiáng)度會隨著含氧基團(tuán)的出現(xiàn)而增加[11]。氧化石墨烯（GO）的光響應(yīng)對其含氧基團(tuán)的數(shù)量十分敏感[12]。隨著含氧基團(tuán)的去除，氧化石墨烯（GO）在可見光波段的的光吸收率迅速上升，**終達(dá)到2.3%這一石墨烯吸收率的上限。常州第六元素公司可以生產(chǎn)多個(gè)型號的氧化石墨。濟(jì)南改性氧化石墨

石墨烯在可見光范圍內(nèi)的光吸收系數(shù)近乎常數(shù)。濟(jì)南改性氧化石墨

氧化石墨烯表面的-OH和-COOH等官能團(tuán)含有孤對電子，可作為配位體與具有空的價(jià)電子軌道的金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，生成不溶于水的絡(luò)合物，從而有效去除溶液中的金屬離子。Madadrang等45制得乙二胺四乙酸/氧化石墨烯復(fù)合材料（EDTA-GO），通過研究發(fā)現(xiàn)其對金屬離子的吸附機(jī)制主要為絡(luò)合反應(yīng)，即氧化石墨烯的表面官能團(tuán)與水中的金屬離子反應(yīng)形成復(fù)雜的絡(luò)合物，具體過程如圖8.7所示，由于形成的絡(luò)合物不溶于水，可通過沉淀等作用分離去除水中的金屬離子。濟(jì)南改性氧化石墨