石墨烯是以sp~2杂化相互紧密连接成六边形结构,由单层碳原子厚度堆积而成的蜂窝状二维结构碳纳米材料。石墨烯片层间是π-π共轭结构具有很强的范德华力而具有非常高的化学稳定性,使得石墨烯容易发生团聚,很难分散在水中,从而大大地限制了石墨烯在各领域的应用。近年来,水分散性石墨烯成为石墨烯碳材料的研究热点之一。水分散性石墨烯在能源、材料、药物传递和生物医学等领域具有潜在的应用价值。因此,通过共价键和非共价键功能化的方法在石墨烯表面引入亲水性基团制备水分散性的石墨烯,解决石墨烯固有疏水性的问题十分必要。本论文以石墨粉为原料,利用插层剂对石墨粉进行插层获得膨胀石墨。在不添加表面活性剂的情况下通过超声剥离的方法制备出具有水分散性的石墨烯。通过红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TGA)、激光拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和透射电镜(TEM)对获得的水分散性石墨烯进行表征与分析。具体研究内容为:(1)采用105%发烟硫酸作为插层剂进行插层获得膨胀石墨,再利用臭氧、超声辅助作用下,获得水分散下良好的石墨烯。FT-IR和XPS结果表明石墨烯表面引入磺酸基团;TGA测试结果进一步表明石墨烯表面引入官能团,并通过计算得出每150个碳原子接枝一个磺酸基团。Raman和XRD结果表明:通过在石墨烯表面引入含氧官能团,会造成石墨烯表面引入部分缺陷。AFM和TEM结果表明所获得的石墨烯平均厚度约为1 nm,其层数主要为单层或少数几层,尺寸为微米级。(2)为进一步简化制备流程和缩短超声处理时间,采用巴豆酸作为插层剂对石墨粉插层获得石墨复合物,再超声剥离获得水分散性较好的石墨烯。FT-IR和XPS结果表明石墨烯表面含有亲水性的羧基;TGA测试进一步证明获得石墨烯表面含有亲水性基团,计算得到羧基的接枝情况为每90个碳原子接枝一个羧基,具有较高的接枝率。Raman和XRD结果表明石墨烯表面引入含氧官能团。AFM和TEM测试分析表明获得的石墨烯厚度约为1.5 nm,层数主要为单层或少数几层,尺寸约为微米级。