引言

证明了用于合成氧化石墨烯（GO）的低成本，非爆炸性方法。使用合适的反应参数选择，包括温度和时间，该配方不需要昂贵的膜来过滤含碳和金属残留物。引入预冷却方案以控制氧化过程中高度放热反应的爆炸性质。与现有方法相比，这减轻了对昂贵膜的需求并完全消除了中间反应步骤的爆炸性质。使用许多表征技术证实合成的GO的高质量，所述表征技术包括X射线衍射，光学光谱，X射线光电发射光谱和电流 - 电压特性。使用紫外光的简单还原方案被证明可用于光伏领域。使用不同的还原方案和所提出的廉价方法，证明了在宽范围的值上具有可调电导的减少的GO样品。密度泛函理论用于理解GO的结构。我们预计这种可扩展的方法将催化GO的大规模应用。

结果与讨论

从文献中明显得知，即GO的合成过程中的主要障碍包括：（a）底层反应的爆炸性质，和（b）在所述石墨和基于锰残基的存在最终产品。为了解决这些问题，有必要了解反应中介在反应方法，该方法包括以下步骤对应于插层，剥离和反应终止的每个阶段。这些信息具有解决GO中存在石墨和锰基残留物的原因的巨大潜力。

这个未经后步进任何进一步加热和均热时间进行2步进之后以及与各种浸泡时间（在0-24小时的范围内）在几个温度（在20-65℃的范围内）。分别在步骤-1，步骤-2和步骤-3结束时获得所得样品的XRD数据，并且零浸泡时间的结果总结在图  1（a-c）中。为了比较，对应于石墨，菱形碳，各种Mn（MnO，MnO 2，Mn 2 O 3和Mn 3 O 4）和MnSO 4氧化物衍射图的棒图如图  1（d）所示。通过本练习，我们得出结论，可以在步骤1至3之后合成高质量的GO样品 在65°C下浸泡24小时。如此制备的GO样品不含任何Mn残留物和假含碳残余物，无需任何复杂的过滤方案。

图1、（的XRD谱图一个）石墨（C）和高锰酸钾（高锰酸钾4）洗涤后混合物，（b）在（样品一）洗涤后，用零浸泡时间，用硫酸和过氧化氢（不加热）混合，（C ^）（b）中加热和洗涤的样品，（d）碳，石墨和各种Mn氧化物的ICDD卡号。

图2、（a）生长的GO样品的滴铸膜的拉曼光谱。标记D和G峰。波数范围2550-2780cm -1的轻微驼峰对应于2D峰值。图（a）中的插图显示了干燥的生长样品的粉末X射线衍射数据。它显示了对应于GO的特征峰。标记为P的瓶子显示分散的GO样品，而标记为Q的瓶子在添加H 2 O 2之前包含反应混合物以终止在我们的过程中使用的反应。（b）以透射模式获得的干燥的生长的GO样品的FTIR光谱。标记对应于各种官能团的带和凹陷。图（b）中的插图显示了分散在去离子水中的生长的GO样品的UV-Vis光谱。由正方形包围的区域（虚线）是与GO对应的特征。

使用扫描电子显微镜（SEM）研究合成的GO片的表面形态。GO片材的一部分的SEM图像显示在图  3（a）中。。图3的面板（b）和（c） 以不同的放大倍数显示TEM图像。区域F和C在图3（b）中标记，  其中折叠分别存在和不存在。特别地，图  3（c）显示了GO片材中折叠的TEM图像。在折叠处没有任何可见的亚结构表明高质量的GO纳米片。图3的面板（d）和（e） 图中显示了分别在区域F和C中获得的选择区域衍射（SAED）图案。在从区域F和C两者获得的SAED图案中观察到的六重点指向下面的蜂窝状石墨烯类骨架。两种SAED模式的比较表明存在类似弥散环的结构以及区域F中不太尖锐的六重点。这表明在褶皱下方的碳骨架中存在更大的无序。

图3、（a）旋涂GO薄膜的SEM图像。（b）TEM网格上的滴铸GO膜的TEM图像。区域F和C被标记为对应于具有和不具有皱纹/褶皱的区域。（c）含有折叠/皱纹的一部分滴铸膜的TEM图像。（d）从含有皱纹/皱褶的区域获得的SAED图案（类似于图（b）中标记的F）。（e）从不含任何皱纹/皱褶的区域获得的SAED图案（类似于图（b）中标记的C）。

在其原始形式中，GO包括单个原子层厚的石墨烯类碳片（GLCS），其具有含氧官能团（OCFG），在两个面上的若干位置处延伸出平面。

图4、（a）滴涂GO薄膜的AFM图像。（b），（c）和（d）分别在（a）中的scan2，scan1和scan3的高度轮廓数据。（e）具有波纹和皱纹的滴铸GO膜的AFM图像。（f）GO薄膜沿（e）中获得的皱纹的高度分布。

使用旋涂将GO膜沉积在玻璃基板上。我们采用了一种还原方案，其中使用4瓦365nm UV灯将合成的GO膜暴露于不同的时间段。测量GO膜的电流 - 电压（IV）特性作为UV暴露时间的函数。为此，我们使用四探针配置，并查看两个内部端子上的电流，作为两个外部端子上施加的源电压的函数。IV特性随UV曝光时间（最多2小时）的演变如图  5（a）所示。为了比较，CVD石墨烯的IV特性显示在图5（a）的插图中  。在图  5（b）中，我们将典型电源电压为1和2伏时的电流增加作为UV曝光时间的函数。图  5（c）显示了生长的样品，2小时UV暴露的样品和CVD生长的石墨烯的C1s XPS光谱的比较。在图  5（d）中，我们显示了在暴露于UV光2小时后生长的样品和相应样品的拉曼光谱的比较。标记特征D，G和2D峰。

图5、（a）在玻璃基板上滴落的GO膜的UV曝光依赖性电流 - 电压（IV）特性。这些IV特性是在不同的曝光持续时间（范围从0-2小时）到4瓦，在365nm发射的UV灯之后获得的。插图：CVD生长的石墨烯的IV特性，（b）电流（I）作为UV暴露时间的函数，保持GO膜上的电压（V）分别固定在1.0伏和2.0伏。（c）对于GO和rGO（通过暴露于4瓦，365nm UV灯2小时而减少）样品和CVD生长的石墨烯获得的C 1 s XPS。标记对应于各种官能团的峰。（d）暴露于4瓦365nm UV灯2小时和1L，2L和多层CVD生长石墨烯的拉曼光谱后获得的GO膜和rGO膜的拉曼光谱的比较。适当标记D，G和2D峰。

为了进一步确定我们制作的rGO样品的质量，我们对XPS数据进行了仔细分析。图  6（a）显示了在暴露于4瓦365nm UV灯后2小时获得的rGO膜的XPS的全扫描范围内的强度（I）对结合能（BE）。应当注意，取决于主基质75的确切细节，使用XPS的各个元素的检测限存在很大程度的可变性。GO和rGO数据的C 1 s的多峰拟合分析如图6（b，c）所示。

（a）在暴露于4瓦365nm UV灯2小时后获得的rGO膜的XPS的全扫描范围内的强度（I）与结合能（BE）的关系。（b）GO C1s XPS数据的多峰解卷积（分别对应于-C-C - ， - C = C - ， - C - O，-O-C-O - ， - OH和-C = O） 。图（a）中的插图显示了对应于rGO样品的Mn 2p结合能区域的XPS数据。（c）样品的rGO C1s XPS数据以及对应于-C-C - ， - C = C - ， - C-O，-O-C-O-和-C = O的解卷积峰结构被标记。

我们利用干燥的GO泡沫进行薄膜制造，还原和一些额外的测量，以阐明使用我们的方法合成的GO在某些应用中的效用。图  7（a）简要总结了本文所展示的GO的应用，包括AZO-GO多层的二极管行为和GO-rGO多层的光伏响应。使用常规刮刀技术59在普通玻璃和AZO涂覆的玻璃基底上制备GO膜。这里，使用2小时的UV曝光时间来获得在玻璃上制备GO-rGO多层中的rGO。GO-AZO和GO-rGO结构的电流 - 电压（IV）特性分别如图  7（b，c）所示。我们首次报道了由所有石墨烯基层组成的太阳能电池。更重要的是，所展示的太阳能电池是通过成本有效的技术制造的，该技术包括用于薄膜沉积的刮刀技术和用于制造rGO的廉价UV减少。这为该领域的进一步工作铺平了道路，以在不久的将来实现实际效率。

图7、（a）概述使用合成的GO材料（干燥的GO泡沫）证明的典型应用的示意图。在生长的GO样品真空干燥后获得的一片干燥的GO泡沫的实际光学图像也显示在示意图中。沉积在AZO上的GO膜用于研究二极管状行为，同时在GO-rGO双层中探索光伏特性。紫外线，微波，热和化学还原方案用于制备rGO样品。（b）GO-AZO双层的电流 - 电压（IV）特性。（c）GO-rGO双层在黑暗中和暴露于1.5AM全球阳光下的电流 - 电压（IV）特性。（d）使用不同还原技术制备的rGO样品的液滴薄膜的电流 - 电压（IV）特性。为了比较，还显示了市售石墨烯纳米片的滴铸膜的IV特性。（e）石墨烯纳米片样品的拉曼光谱以及使用不同方案制备的rGO样品。

我们采用的还原协议与主机以获得RGO样品具有不同程度的减少。具体地，热还原在300℃下进行10分钟，并且使用在800W下操作2s的常规微波炉进行微波还原。化学还原方案采用Abdolhosseinzadeh 等人提出的使用L-抗坏血酸的GO的绿色还原。这样GO泡沫具有用于生物医学的巨大潜力和能量存储应用。类似的可扩展性的可行性，在旅途中使用我们的方法也包括环境整治应用的巨大潜力做出。

图8、7×7纳米薄片石墨烯的优化几何形状（俯视图（a）;侧视图（b）），沿边缘和基面具有相当数量的官能团的GO（顶视图（c）;侧视图（d）），具有主要在基面中的官能团的GO和使用H的边缘钝化（顶视图（e）;侧视图（f）），具有从GO纳米薄片中去除的具有多个官能团的多个官能团的rGO沿着边缘以及基面（顶视图（g）;侧视图（h））。标记各种距离以提供关于皱纹的想法。

结论

最后，我们提出了一种廉价的途径，用于合成通过修改去悍马的方法。关键的修改涉及PCP协议，以及反应时间和温度的关键变化以及反应终止剂（H 2 O 2）的浓度在这种情况下）。所提出的合成方法完全消除了潜在反应的爆炸性质。使用这种方法，我们能够获得高质量GO，例如XRD，电子显微镜，FTIR，拉曼光谱和本工作中提供的XPS结果。使用DFT和TD-TDFT，我们研究了单层GO和rGO的简单结构模型，并观察到了观察到的拉曼数据的惊人重建。这里应该注意，我们的方法不需要使用昂贵的过滤膜。还证明了基于UV暴露的简单还原方案使得来自GO的rGO。观察AZO-GO多层中的diodic行为证明了GO的p型特征。使用GO-rGO多层基于光伏响应进行能量收集的可能性并未被忽视。由于廉价的和可扩展的合成方法中，需要GO分散体，例如，染料吸附于环境整治的应用也是大规模终端应用可行。使用我们的方法得到GO泡沫可用于生物医学和能量存储应用 。缺乏有毒气体排放加上合成技术的廉价性质，有可能为GO在电子，生物医药，能源和环境等领域的大规模应用打开防洪门。