Полное руководство по различиям и применению оксида графита и оксида графена.

Опытные специалисты по обработке графита знают, что, хотя названия «оксид графита» и «оксид графита» и «оксид графита», существуют и другие. Оксид графена звучит похоже, но на самом деле это совершенно разные вещества. Вы можете заказать оксид графена, а получить кучу жёлтого порошка — он неотличим от других материалов, но в протоколе испытаний он указан как GO (Good Oxide — хороший оксид). Ещё более абсурдно то, что некоторые заводы используют эти два названия взаимозаменяемо, указывая в контрактах оксид графита, но принимая работу по стандартам оксида графена, что приводит к бесконечным спорам. Сегодня мы проясним это различие, чтобы вы больше не путались в вопросах закупок, производства или учёта.

Одно предложение, чтобы понять принципиальную разницу.

Начнём с сути: оксид графита это "стопка бумаги", в то время как оксид графена Это «отдельный лист, вырванный из стопки». Оксид графита — продукт обработки графита сильными кислотами и окислителями. Его соотношение углерода к кислороду составляет приблизительно от 2,1 до 2,9, при этом сохраняется слоистая структура, но межслоевое расстояние увеличивается с исходных 0,335 нанометров до примерно 0,7 нанометров. Слои заполнены кислородсодержащими функциональными группами, такими как гидроксильные, эпоксидные и карбоксильные группы. Он представляет собой желтые или коричневые порошкообразные частицы, сложенные в несколько слоев.

Оксид графена, с другой стороны, получают путем растворения стопки бумаги в воде и последующего разрыва ее с помощью ультразвука или высокоскоростного перемешивания на тонкие однослойные или многослойные листы. Каждый слой имеет толщину приблизительно 1,1 нанометра, с функциональными группами, нанесенными с обеих сторон, что позволяет ему стабильно диспергироваться в воде, образуя коллоидный раствор. Таким образом, по сути, оксид графита является сырьем, а оксид графена — переработанным продуктом; они не являются заменителями, а скорее продуктами переработки и сбыта.

Как они производятся и в чем заключаются различия?

Существует три основных метода получения оксида графита. Процесс Броди, использующий хлорат калия и концентрированную азотную кислоту, восходит к 1859 году, но реакция занимает 50-60 часов и выделяет газообразный хлор, что представляет значительные экологические риски, и в настоящее время в значительной степени устарел. Процесс Штауденмайера добавляет концентрированную серную кислоту, что приводит к более сильному окислению, но он также имеет длительный цикл реакции и выделяет больше токсичных газов, обычно требуя более 56 часов для удаления характерных пиков графита. В настоящее время основным методом является процесс Хаммерса, использующий концентрированную серную кислоту и перманганат калия. Позже была разработана улучшенная версия, обеспечивающая одностадийную реакцию при средней температуре, что приводит к более быстрой реакции, более высоким уровням окисления и меньшему количеству дефектов продукта.

Однако необходимо тщательно контролировать один важный параметр: температура при добавлении перманганата калия не должна превышать 65 градусов Цельсия. Превышение этого предела напрямую разрушает углеродный каркас, что приводит к многочисленным дефектам в последующем восстановленном графене, при этом соотношение ID/IG резко возрастает выше 0,75, что, по сути, делает материал непригодным для использования. Компания Zhengzhou Jingguo Graphite Co., Ltd. также вышла на рынок продукции, связанной с графитом. В реальном производстве они выбирают процессы, исходя из потребностей конечного потребителя. Для материалов для батарей они, как правило, модифицируют процесс Хаммерса, а для мембран опреснения, требующих высокой чистоты, могут добавлять несколько процессов промывки для удаления ионов марганца.

Каждый материал выполняет свою функцию и имеет совершенно разные области применения.

Эти два материала не являются взаимозаменяемыми; каждый из них служит разным целям. Оксид графита имеет относительно традиционное применение: в качестве деполяризатора в сухих батареях, добавляется к вспученному графиту для уменьшения растрескивания в толстых изделиях и используется для получения межслойных соединений графита. Однако наибольшее применение он находит в очистке сточных вод. Кислородсодержащие функциональные группы на листах обладают сильной адсорбционной способностью по отношению к ионам тяжелых металлов и органическим красителям. Данные показывают, что композиты на основе алюминия и оксида графита могут адсорбировать до 400 мг/г метилового оранжевого, что даже эффективнее, чем активированный уголь, и могут использоваться даже в кислых сточных водах с pH менее 2 — достижение, недостижимое для бентонита и активированного угля.

Области применения оксида графена гораздо шире: в композитных материалах его добавление к полимерам может улучшить механические и электрические свойства; в датчиках его большая площадь поверхности и уникальная электронная структура изменяют проводимость при адсорбции молекул газа; в материалах для хранения водорода теоретические расчеты показывают, что один слой графена может адсорбировать до 717% своей молекулярной массы; и его можно использовать в качестве прозрачного электрода вместо ITO, а также в качестве электрода в суперконденсаторах. Последняя разработка 2026 года заключается в том, что группа исследователей уже создала пленки оксида графена, которые можно запрограммировать на складывание в различные формы, подобно движущемуся оригами, что открывает путь для гибких роботов и умных носимых устройств.

Как сделать выбор при покупке: помните об этих моментах.

Наконец, несколько практических советов по покупке. При покупке оксида графена обращайте внимание на соотношение углерода и кислорода, обычно от 2,1 до 2,9. Также проверьте его диспергируемость: возьмите небольшое количество, поместите его в воду, перемешайте, и только те образцы, которые образуют однородный коричневато-желтый коллоид и не оседают быстро после отстаивания, считаются пригодными (合格). При покупке оксида графена, помимо соотношения углерода и кислорода, необходимо также поинтересоваться степенью расслоения. Не весь оксид графена можно расслоить на отдельные слои; образцы со слишком низким уровнем окисления просто невозможно разорвать, а листы из неправильно высушенного графена свариваются вместе, независимо от того, сколько ультразвуковой обработки используется. Кроме того, хотя сам оксид графена является изолятором, его проводимость изменяется из-за слоистой структуры. Этот параметр имеет решающее значение для производства электронных устройств. Запомните: оксид графена — это сырье, а оксид графена — это переработанный продукт. Понимание этой цепочки поможет вам более эффективно управлять процессами закупок и избегать ошибок в производстве.