CN109696519B - 一种氧化石墨烯氧化还原程度的测试方法 - Google Patents

一种氧化石墨烯氧化还原程度的测试方法 Download PDF

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    • G01N31/16—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using titration
    • G01N31/162—Determining the equivalent point by means of a discontinuity
    • G01N31/164—Determining the equivalent point by means of a discontinuity by electrical or electrochemical means

Abstract

本发明公开了一种氧化石墨烯氧化还原程度的测试方法：将待测的氧化石墨烯样品和空白样品分别与过量的水合肼进行反应，制备得到完全还原的氧化石墨烯待测液和空白样品待测液；将制备得到的完全还原的氧化石墨烯待测液和空白样品待测液分别进行稀释，并使用标准碘液进行电位滴定，当电极中出现电位跃迁即为终点，记录空白样品消耗碘液体积为V0，待测样品溶液消耗碘液体积为V1，则待评测样品的氧化度值为：氧化度值＝V0‑V1。本发明的方法简单易操作，测试设备投资低，可重复性好，可以指导氧化石墨烯样品制备及氧化石墨烯样品还原过程中还原程度的控制。

Description

一种氧化石墨烯氧化还原程度的测试方法
技术领域
本发明属于分析化学领域，尤其涉及一种电位滴定法测试氧化石墨烯氧化还原程度的方法。
背景技术
氧化石墨烯中含氧官能团数目及比例对氧化石墨烯材料的性能有较大影响，由此，氧化石墨烯氧化还原程度的定量评测对于其生产及应用有重要意义。
CN106248605A公开了一种通过利用紫外光谱来定量检测氧化石墨烯氧化程度的方法，该方法评测的准确度极其依赖标准曲线的标定过程，且申请中仅使用3点来拟合得到的标准曲线可能会造成较大误差，由此该方法前期实际需要积累大量数据制备标准曲线才能够得到可靠的对于氧化石墨烯氧化度的评测值。CN108398577A公开了一种使用静电力显微镜在纳米尺度测定氧化石墨烯的氧化程度的方法，但在氧化石墨烯大规模生产及应用过程中，可能由于还原过程仅关注氧化石墨烯在纳米尺度的氧化程度是不具有较大的指导意义的。
因此，需要研究一种能够稳定评测氧化石墨烯材料氧化程度的测试方法，对于指导氧化石墨烯生产及后续的还原应用具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是探索一种简单高效的测试氧化石墨烯中氧化程度的测试方法，为氧化石墨生产以及还原应用提供指导。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
本发明采用还原剂还原氧化石墨烯再滴定测量剩余还原剂的间接测量法来评价氧化石墨烯的相对氧化还原程度情况，具体方法如下：
使用过量的强还原剂水合肼还原氧化石墨烯，使用电位滴定的方式，用标准碘液滴定剩余水合肼来测量水合肼的被氧化程度，最终计算出氧化石墨烯的氧化度值。由于氧化度是一个无量纲量，需要建立相应的基准来进行评价。在本发明中，将纯水合肼与标准碘液滴定测试得到的氧化度值作为基准。将与氧化石墨烯还原反应后残余的水合肼与标准碘液滴定测试得到的值与基准的差值作为该氧化石墨烯材料的氧化度值。
一种氧化石墨烯氧化还原程度的测试方法，包括以下步骤：
(1)将待测的氧化石墨烯样品和空白样品分别与过量的水合肼进行反应，制备得到完全还原的氧化石墨烯待测液和空白样品待测液；
(2)将步骤(1)中制备得到的完全还原的氧化石墨烯待测液和空白样品待测液分别进行稀释，并使用标准碘液进行电位滴定，当电极中出现电位跃迁即为终点，记录空白样品消耗碘液体积为V0，待测样品溶液消耗碘液体积为V1，则待评测样品的氧化度值为：
氧化度值＝V0-V1；当测试得到的氧化度值越高，表明待测氧化石墨烯样品中的氧含量越高。
上述的测试方法，优选的，所述步骤(1)中，反应在水浴回流设备中进行，水浴回流的时间为50～160min，水浴冷凝回流温度为70-100℃。
上述的测试方法，优选的，所述待测的氧化石墨烯样品是采用热还原或化学还原方法将氧化石墨烯还原制备得到的。
上述的测试方法，优选的，待测的氧化石墨烯样品和空白样品进行测试的条件相同。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明通过电化学的方法，通过对比不同还原程度的氧化石墨烯样品消耗的标准碘液用量变化，能够对氧化石墨烯样品的还原程度差别进行宏观表征；相比现有技术，本发明的方法简单易操作，测试设备投资低，可重复性好，可以指导氧化石墨烯样品制备及氧化石墨烯样品还原过程中还原程度的控制。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种氧化石墨烯氧化还原程度的测试方法，包括以下步骤：
(1)称取固定质量0.1200g氧化石墨烯样品置于坩埚中，按照表1所示并将其转移至管式炉中进行处理，得到不同还原程度的部分还原氧化石墨烯粉体。
(2)待测样品制备：将经过步骤(1)处理得到的部分还原氧化石墨烯分别装入50mL小烧杯中，用移液管移取30mL超纯水，使用超声清洗机超声分散溶液1小时，然后将其转移至50mL圆底烧瓶中。用移液管移取10mL配制好的0.48mol/L水合肼溶液加入圆底烧瓶中，然后将圆底烧瓶置于90℃水浴下加热冷凝回流并保温80分钟，得到待滴定样品溶液。
(3)空白样品制备：用移液管移取30mL超纯水，使用超声清洗机超声分散溶液1小时，然后将其转移至50mL圆底烧瓶。用移液管移取10mL配制好的0.48mol/L水合肼溶液加入圆底烧瓶中，然后将圆底烧瓶置于90℃水浴下加热冷凝回流并保温80分钟，得到待滴定空白样品溶液。
(4)滴定测试：将待滴定样品和空白样品溶液分别转移至200mL容量瓶中，加入纯净水稀释至刻度，摇匀，用移液管分别移取10mL溶液于50mL烧杯，用0.1mol/L碘标准滴定溶液滴定，采用电位滴定方法，当电极出现电位跃迁即为终点。记录空白样品消耗碘液平均体积为V0，待滴定样品1溶液消耗碘液平均体积为V1，待滴定样品2溶液消耗碘液平均体积为V2，即待评测样品的氧化度值为：
样品1氧化度值＝V0-V1；
样品2氧化度值＝V0-V2。
表1待滴定样品配置表
编号 热处理条件 化学还原
空白样 无 过量水合肼90℃冷凝回流80min
样品1 GO样品不处理 过量水合肼90℃冷凝回流80min
样品2 GO样品于130℃处理1h 过量水合肼90℃冷凝回流80min
经过上述步骤处理后得到的氧化度值评估结果如表2所示，样品1使用的是未经过热处理的氧化石墨烯样品，其氧化度值明显较经过130℃热处理1h的样品2氧化度值高。
表2氧化度值测试结果
编号 消耗标准碘液平均体积(mL) 氧化度值
空白样 1.9002 /
样品1 1.5144 0.3858
样品2 1.6302 0.2700
实施例2：
一种本发明的氧化石墨烯氧化还原程度的测试方法，包括以下步骤：
(1)称取固定质量0.1200g氧化石墨烯样品置于坩埚中，按照表3所示并将其转移至管式炉中进行处理，得到不同还原程度的部分还原的氧化石墨烯粉体；
(2)待测样品制备：将经过步骤(1)处理得到的部分还原氧化石墨烯装入50mL小烧杯中，用移液管移取30mL超纯水，使用超声清洗机超声分散溶液1小时，然后将其转移至50mL圆底烧瓶。用移液管移取10mL配制好的0.48mol/L水合肼溶液加入圆底烧瓶中，然后将圆底烧瓶置于80℃水浴下加热冷凝回流并保温120分钟，得到待滴定样品溶液。
(3)空白样品制备：用移液管移取30mL超纯水，使用超声清洗机超声分散溶液1小时，然后将其转移至50mL圆底烧瓶。用移液管移取10mL配制好的0.48mol/L水合肼溶液加入圆底烧瓶中，然后将圆底烧瓶置于80℃水浴下加热冷凝回流并保温120分钟，得到待滴定空白样品溶液。
(4)滴定测试：将待滴定样品和空白样品溶液转移至200mL容量瓶中，加入纯净水稀释至刻度，摇匀，用移液管分别移取10mL溶液于50ml烧杯，用0.1mol/L碘标准滴定溶液滴定，采用电位滴定方法，当电极出现电位跃迁即为终点。记录空白样品消耗碘液平均体积为V0，待滴定样品1溶液消耗碘液平均体积为V1，待滴定样品2溶液消耗碘液平均体积为V2，即待评测样品的氧化度值为：
样品1氧化度值＝V0-V1；
样品2氧化度值＝V0-V2。
表3待滴定样品配置表
编号 热处理条件 化学还原
空白样 无 过量水合肼80℃冷凝回流120min
样品1 GO样品不处理 过量水合肼80℃冷凝回流120min
样品2 GO样品于130℃处理1h 过量水合肼80℃冷凝回流120min
经过上述步骤处理后得到的氧化度值评估结果如表4所示，样品1使用的是未经过热处理的氧化石墨烯样品，其氧化度值明显较经过130℃热处理1h的样品2氧化度值高。
表4氧化度值测试结果
编号 消耗标准碘液平均体积(mL) 氧化度值
空白样 1.8711 /
样品1 1.4854 0.3857
样品2 1.6001 0.2710

Claims (4)

1.一种氧化石墨烯氧化还原程度的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待测的氧化石墨烯样品和空白样品分别与过量的水合肼进行反应，制备得到完全还原的氧化石墨烯待测液和空白样品待测液；
(2)将步骤(1)中制备得到的完全还原的氧化石墨烯待测液和空白样品待测液分别进行稀释，并使用标准碘液进行电位滴定，当电极中出现电位跃迁即为终点，记录空白样品消耗碘液体积为V0，待测样品溶液消耗碘液体积为V1，则待测样品的氧化度值为：
氧化度值＝V0-V1。
2.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤(1)中，反应在水浴回流设备中进行，水浴回流的时间为50～160min，水浴冷凝回流温度为70-100℃。
3.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述待测的氧化石墨烯样品是采用热还原或化学还原方法将氧化石墨烯还原制备得到的。
4.如权利要求1-3任一项所述的测试方法，其特征在于，待测的氧化石墨烯样品和空白样品进行测试的条件相同。
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