[科普中国]-氧化石墨

氧化石墨正式名称为石墨氧化物或被称为石墨酸，是一种由物质量之比不定的碳、氢、氧元素构成的化合物。氧化石墨可以通过用强氧化剂来处理石墨来制备。所得到的的产物中，氧化程度最高的产物是一种碳、氧数量之比介于2.1到2.9之间黄色固体，并仍然保留石墨的层状结构，但结构变得更复杂。

简介松散的氧化石墨分散在碱性溶液中形成类似石墨烯结构的单原子厚度的片段。氧化石墨因为具有这个性质，所以具有用于工业化生产石墨烯的可能性，因此吸引了众多科学家参与研究。但直到2010年为止，这条石墨烯制备路线仍存在大量结构方面的问题。1

历史氧化石墨最早是由牛津大学的化学家本杰明·C·布罗迪在1859年用氯酸钾和浓硝酸混合溶液处理石墨的方法制得。1

结构氧化石墨的结构和性质取决于合成它的方法。氧化石墨仍然保留石墨母体的片状结构，但是两层间的间距（约0.7nm）大约是石墨中层间距的两倍。严格的说，“氧化”一词是不正确的，只是由于历史原因而保留下来了。在氧化石墨中，除了纯粹引入氧原子的过氧键外，实验证实，结构中还存在其他种类官能团，比如羰基（=CO）、羟基（-OH）和酚羟基。 氧化石墨层的厚度约为1.1 ± 0.2 nm。扫描隧道显微镜表明在氧化石墨中某些区域内，氧原子以0.27 nm × 0.41 nm的晶格常数排列为矩形。在氧化石墨层的最边缘均为羰基或羧基。1

编号系统CAS号：149-91-7

MDL号：MFCD00002510

EINECS号：205-749-9

RTECS号：LW7525000

BRN号：20502742

物性数据1.性状：白色或淡黄色针状结晶或粉末

2.相对密度：1.694

3.熔点（分解，℃）：253~240

4.溶解性：溶于热水、乙醚、乙醇、丙酮和甘油，难溶于冷水，不溶于苯和氯仿。2

毒理学数据1、急性毒性：大鼠皮下LDLo：5 gm/kg；

小鼠腹腔LD50：4300 mg/kg；

小鼠静脉LD50：320 mg/kg；

兔子经口LD50：5 gm/kg。

2、生殖毒性：大鼠皮下TDLo：5 mg/kg。2

生态学数据其它有害作用：该物质对环境可能有危害，对水体应给予特别注意。

分子结构数据1、摩尔折射率：38.82

2、摩尔体积：97.2

3、等张比容（90.2K）：314.4

4、表面张力（dyne/cm）：109.2

5、极化率：15.392

计算化学数据1.疏水参数计算参考值（XlogP）:无

2.氢键供体数量:4

3.氢键受体数量:5

4.可旋转化学键数量:1

5.互变异构体数量:14

6.拓扑分子极性表面积98

7.重原子数量:12

8.表面电荷:0

9.复杂度:169

10.同位素原子数量:0

11.确定原子立构中心数量:0

12.不确定原子立构中心数量:0

13.确定化学键立构中心数量:0

14.不确定化学键立构中心数量:0

15.共价键单元数量:12

性质与稳定性具有酸性和收敛性。

贮存方法密封于干燥阴凉处保存。

合成方法赫摩尔斯和奥弗曼在1957年提出一种更加安全、快速、有效的方法。他们将浓硫酸、硝酸钠、高锰酸钾混合后处理石墨来制备氧化石墨，这个方法至今仍被广泛使用（至2009年为止）。3

最近浓硫酸与高锰酸钾的混合溶液被用于切割碳纳米管来产生少量的石墨烯纳米带，并且石墨烯纳米带的边缘具有氧原子（=O)或者羟基(-OH)等基团。

由五倍子制得。五倍子的主要成分为单宁酸，属水解类单宁，能溶于热水，具有涩味，是和种无定形的复杂有机物。我国五倍子单宁酸是由五倍子酸、双倍酸与葡萄糖结合以甙或酯的形式形成的复杂混合物。单宁酸经加压水解即生成没食子酸和葡萄糖。水解时先生成以没食子酸酯，再由双没食子酸酯水解成没食子酸，水解温度为133-135℃，压力为0.18-0.2MPa。从升压至0.18MPa开始反应保持2h即达终点。与常压水解比较，可节约硫酸和蒸汽，生产能力可提高25%。2

用途1、没食子酸在制药，墨水，染料，食品，轻工和有机合成等方面有许多用途。没食子酸与三价铁离子生成蓝黑色沉淀，是蓝黑墨水的原料；工业上也用于制革；还可做照相显影剂。没食子酸丙酯为抗氧剂，可用于食用油脂以防腐臭变质。在医药上没食子酸是止血收敛剂，也是温和的局部刺激剂。

2、具有抗菌作用，可治疗菌痢。具有收敛、止血、止泻作用。可用作防腐剂。可制备焦性没食子酸、药物、墨水、媒介染料和防爆剂等。还用作显影剂和检测游离无机酸、二羟基丙酮、生物碱和金属等的分析试剂。

3、可用作防腐剂，可制备媒介染料和防爆剂等。2

安全信息安全标识：S26S36

危险标识：R36/37/38

前沿研究近来氧化石墨被聚焦了太多的注意力，科学家试图以氧化石墨为原料来大规模工业化生产石墨烯。虽然众所周知，石墨烯具有很好的电学性质，但氧化石墨本身却是绝缘体（或是半导体）。

由于氧化石墨中存在大量亲水基团（如羧基与羟基），氧化石墨很容易在水溶液分散，形成单个小片段，而且绝大部分都只有单个石墨层。之后再通过还原反应就可以还原得悬浮状态的石墨烯片段。

少量的实验室制备石墨烯的方法是用肼处理处于悬浮状态的氧化石墨，并加热至100℃保持24小时。4或者也可以将氧化石墨放入氢气氛围中，通过电击得到。或者将氧化石墨暴露在强脉冲光线下，例如氙气灯也能得到石墨烯。

本词条内容贡献者为:

包申旭 - 副教授 - 武汉理工大学资源与环境工程学院