GI 到 GO

定义

* GI: graphite
* GO: graphene oxide
* r: GO 中 C，O 原子数量比
* $m_{\mathrm{GI}}$: GI 的质量
* $m_{\mathrm{GO}}$: GO 的质量
                        

反应关系

\begin{math}
\begin{array}{ccc}
r\mathrm{C}     & \longrightarrow   & \mathrm{C}_{r}\mathrm{O} \\
12r             &                   & 12r + 16 \\
m_{\mathrm{GI}} &                   & m_{\mathrm{GO}}
\end{array}
\end{math}
                        

结论

$m_{\mathrm{GO}} = (1 + \dfrac{4}{3r})m_{\mathrm{GI}}$
                        

GO 和 $\mbox{N}_{2}\mbox{H}_{4}$

反应关系

$\mathrm{C}_{r}\mathrm{O} \longrightarrow \mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4}$
                        

实验关系

$m_{\mathrm{GO}}:m_{\mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4}} = 10:7$[1]
                        

结论

$m_{\mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4}} = \dfrac{7}{10} m_{\mathrm{GO}}$
                        

$\mbox{N}_{2}\mbox{H}_{4}$ 和 $\mbox{N}_{2}\mbox{H}_{4} \cdot{} \mbox{H}_{2}\mbox{O}$

反应关系

\begin{math}
\begin{array}{ccc}
\mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4} \cdot{} \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} & \longrightarrow{}   & \mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4} \\
50                                                            &                     & 32
\end{array}
\end{math}
                        

结论

$m_{\mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4} \cdot{} \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}} = \dfrac{25}{16} m_{\mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4}}$
                        

已知溶质质量和质量百分数或体积质量浓度，求溶液的体积

定义

* $w$: 溶液质量百分数
* $c$: 溶液体积质量浓度
* $m$: 溶液质量
* $V$: 溶液体积
* $m_{1}$: 溶质质量
* $V_{1}$: 溶质体积
* $\rho{}_{1}$: 溶质密度
* $m_{2}$: 溶剂质量
* $V_{2}$: 溶剂体积
* $\rho{}_{2}$: 溶剂密度
                        

关系

* $m = m_{1} + m_{2}$
* $V \approx{} V_{1} + V_{2}$
* $\rho{}_{1} = \dfrac{m_{1}}{V_{1}}$
* $\rho{}_{2} = \dfrac{m_{2}}{V_{2}}$
* $w = \dfrac{m_{1}}{m}$
* $c = \dfrac{m_{1}}{V}$
                        

结论

$V \approx{} m_{1}(\dfrac{1}{\rho{}_{1}} + \dfrac{\dfrac{1}{w} - 1}{\rho{}_{2}})$

$V = \dfrac{m_{1}}{c}$

$c \approx{} \dfrac{1}{\dfrac{1}{\rho{}_{1}} + \dfrac{\dfrac{1}{w} - 1}{\rho{}_{2}}}$

$w \approx{} \dfrac{1}{1 + \rho{}_{2}(\dfrac{1}{c} - \dfrac{1}{\rho{}_{1}})}$
                        

测量分散液质量百分数

取一部分分散液于容器中一起称量，质量是 $m_{0}$，干燥之后一起称量，质量是 $m_{1}$，容器质量是 $m$，则此分散液的质量百分数就是 $\dfrac{m_{1} - m}{m_{0} -m} \times{} 100\%$。

实验参数计算

已知量

* $m_{\mathrm{GI}} = 60 mg$
* $r = 1.7$
                        

计算

* $m_{\mathrm{GO}} = (1 + \dfrac{4}{3 \times{} 1.7})\times 60 mg = 107.06 mg$
* 配置成 $10 mL$ 水分散液，质量百分数是 $\dfrac{107.06 mg}{107.06 mg + 1000 mg} \times{} 100\% = 0.09671\%$
* 配置成 $10 mL$ 水分散液，体积质量浓度是 $\dfrac{107.06 mg}{10 mL} = 10.706 mg/mL$
* 配置成 $0.05 wt\%$ 的水分散液，其最终体积约是（忽略 GO 的体积） $\dfrac{107.06 mg}{0.05 \% \times{} 1 g/mL} = 214.117 mL$

* $m_{\mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4}} = \dfrac{7}{10} \times{} 107.06 mg = 74.942 mg$
* $m_{\mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4} \cdot{} \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}} = \dfrac{25}{16} \times{} 74.942 mg = 117.09688 mg$
* 需要的 $80 wt\%$ 的 $\mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4} \cdot{} \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}$ 的体积约是（忽略两种液体混合时体积缩小变化） $117.0 mg \times{} (\dfrac{1}{1.032 g/mL} + \dfrac{\dfrac{1}{80 \%} - 1}{1 g/mL}) = 0.1426 mL$
                        

参考文献

[1] Li D, Mueller M B, Gilje S, et al. Processable aqueous dispersions of graphene nanosheets[J]. Nature nanotechnology, 2008, 3(2): 101-105.

Last modified: 2017-08-18