ICS71.040.99 CCSA43 中华人民共和国国家标准 GB/T43598—2023 纳米技术 石墨烯粉体氧含量和 碳氧比的测定 X射线光电子能谱法 Nanotechnology—MeasurementforoxygencontentandC/Oofgraphene powder—X-rayphotoelectronspectroscopy 2023-12-28发布 2024-07-01实施 国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会发布目 次 前言 Ⅰ ………………………………………………………………………………………………………… 引言 Ⅱ ………………………………………………………………………………………………………… 1 范围 1 ……………………………………………………………………………………………………… 2 规范性引用文件 1 ………………………………………………………………………………………… 3 术语和定义 1 ……………………………………………………………………………………………… 4 原理 2 ……………………………………………………………………………………………………… 5 试剂或材料 3 ……………………………………………………………………………………………… 6 仪器设备 3 ………………………………………………………………………………………………… 7 环境条件 3 ………………………………………………………………………………………………… 8 样品处理 3 ………………………………………………………………………………………………… 9 测试程序 4 ………………………………………………………………………………………………… 10 数据处理 6 ………………………………………………………………………………………………… 11 测试报告 7 ………………………………………………………………………………………………… 附录A(资料性) 样品预处理条件的考察 8 ……………………………………………………………… 附录B(资料性) 测试样品制备方式 10 …………………………………………………………………… 附录C(资料性) rGO粉体样品测试示例 11 ……………………………………………………………… 附录D(资料性) GO粉体样品测试示例 13 ……………………………………………………………… 参考文献 15 ……………………………………………………………………………………………………GB/T43598—2023 前 言 本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国科学院提出。 本文件由全国纳米技术标准化技术委员会(SAC/TC279)归口。 本文件起草单位:国家纳米科学中心、中国计量科学研究院、广州特种承压设备检测研究院、广东墨 睿科技有限公司、泰州石墨烯研究检测平台有限公司、常州第六元素材料科技股份有限公司、常州富烯 科技股份有限公司、贝特瑞新材料集团股份有限公司、宁波石墨烯创新中心有限公司、江苏杉元科技有 限公司、黑龙江诺康石墨新材料科技有限公司、烯旺新材料科技股份有限公司、厦门斯研新材料技术有 限公司、黑龙江省石墨谷新材料科技有限公司、中关村华清石墨烯产业技术创新联盟。 本文件主要起草人:徐鹏、刘忍肖、葛广路、任玲玲、尹宗杰、李茂东、蔡金明、梁惠明、丁荣、瞿研、 周步存、黄友元、朱彦武、陈苗裙、李子坤、孙旭冉、苏冬、汪洵、田国兰、郭延军、刘兆平、周旭峰、孙培育、 刘刚桥、张文胜、吕雪、冯欣悦、王兰兰、王研、霍珊、梅佳、时浩、戴石锋、冯巧娜。 ⅠGB/T43598—2023 引 言 石墨烯材料具有优异的电、热和机械性能,在锂离子电池、集成电路、5G通信、新型显示等电热应用 领域展现出广阔的产业应用前景。石墨烯材料的氧含量和碳氧比(C/O)是直接影响其电热应用性能的 重要特性参数,也是识别石墨烯或氧化石墨烯(GO)材料类型的关键指标,亦可用于评价产品质量、评 估还原氧化石墨烯(rGO)的还原程度。随着石墨烯材料产业应用规模的快速提升和应用场景的不断扩 展,对石墨烯材料氧含量和C/O的准确、可靠测定提出了迫切需求,尤其是对于石墨烯粉体、石墨烯浆 料这两类主要产业应用形态。X射线光电子能谱技术(XPS)是一种对材料表面化学性质具有高识别能 力、高灵敏度的先进分析技术,尤其适用于固体材料表面分析,具有样品用量小、样品无需前处理、分析 速度快、可得被测元素的化学态信息、对样品的破坏性非常小等显著优势,用于石墨烯材料的测试分析 时,不仅可获得石墨烯材料中碳和氧的原子分数,还可通过碳-氧(C-O)、碳-碳(C-C)化学键的分布情况 判断石墨烯材料的类型。本文件以先进材料和标准凡尔赛计划(VAMAS)国际比对研究为基础,描述 了用XPS测定石墨烯粉体氧含量和C/O的测试方法,给出了氧含量和C/O这两个关键特性参数的参 考技术指标,对石墨烯企业开展石墨烯材料及相关产品的生产、研发和质量管控提供了必要的技术依 据,并使石墨烯产业链条上供需双方得以进行相互间认同一致的产品性能评价与规格确认。 ⅡGB/T43598—2023 纳米技术 石墨烯粉体氧含量和 碳氧比的测定 X射线光电子能谱法 1 范围 本文件描述了用X射线光电子能谱技术(XPS)测定石墨烯粉体中氧元素含量(原子分数)和碳氧 比的方法。 本文件适用于石墨烯粉体、石墨烯浆料,其他碳基纳米材料的测定参照执行。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文 件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于 本文件。 GB/T19500 X射线光电子能谱分析方法通则 GB/T22571 表面化学分析 X射线光电子能谱仪 能量标尺的校准 GB/T25185 表面化学分析 X射线光电子能谱 荷电控制和荷电校正方法的报告 GB/T28894 表面化学分析 分析前样品的处理 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 石墨烯 graphene 石墨烯层 graphenelayer 单层石墨烯 single-layergraphene;monolayergraphene 由一个碳原子与周围三个近邻碳原子结合形成蜂窝状结构的碳原子单层。 注1:它是许多碳纳米物体的重要构建单元。 注2:由于石墨烯仅有一层,因此通常被称为单层石墨烯。石墨烯缩写为1LG,以便区别于缩写为2LG的双层石墨 烯和缩写为FLG的少层石墨烯。 注3:石墨烯有边界,并且在碳-碳键遭到破坏的地方有缺陷和晶界。 [来源:GB/T30544.13—2018,3.1.2.1] 3.2 石墨烯粉体 graphenepowder 主要由石墨烯和相关二维材料组成的、外观为黑色或棕黄色的粉体。 注:石墨烯粉体包括单层石墨烯(1LG)、双层石墨烯(2LG)、少层石墨烯(FLG)、石墨烯纳米片(GNP)、机械剥离石 墨烯、化学解离石墨烯、小分子合成(CVD、PVD)石墨烯、还原氧化石墨烯(rGO)、氧化石墨烯(GO)等。 [来源:GB/T42240—2022,3.2] 3.3 氧化石墨烯 grapheneoxide;GO 对石墨进行氧化及剥离后所得到的化学改性石墨烯,其基平面已被强氧化改性。 1GB/T43598—2023 注:氧化石墨烯是具有高氧含量的单层材料,通常由碳氧原子比(与合成方法有关,一般约为2.0)表征。 [来源:GB/T30544.13—2018,3.1.2.13] 3.4 还原氧化石墨烯 reducedgrapheneoxide;rGO 氧含量被降低后的氧化石墨烯。 注1:可通过化学、热学、微波、光化、光热、微生物/细菌等方法,或者剥离还原氧化石墨方法得到还原氧化石墨烯。 注2:如果氧化石墨烯被完全还原,那么得到的就是石墨烯。然而,实际上仍会残留部分含氧功能基团,并且sp3化 学键也无法完全还原为sp2化学键。不同的还原介质将导致还原氧化石墨烯具有不同的碳氧原子比及不同 的化学组分。 注3:还原氧化石墨烯可有不同的形态,例如片状或蠕虫状结构。 [来源:GB/T30544.13—2018,3.1.2.14] 3.5 X射线光电子能谱 X-rayphotoelectronspectroscopy;XPS 用电子能谱仪测量X射线光子辐照样品表面所激发的光电子和俄歇电子能量分布的一种方法。 注:通常用的X射线源是非单色化的AlKαX射线和MgKαX射线,其能量分别为1486.6eV和1253.6eV。现代 仪器也使用单色化的AlKαX射线。有些仪器使用其他阳极X射线源或同步辐射。 [来源:GB/T30544.6—2016,4.17] 3.6 相对元素灵敏度因子 relativeelementalsensitivityfactor 正比于绝对元素灵敏度因子的系数。选择该比例系数使得一种选定元素及指定能级跃迁的峰强度 等于1。 注1:选定元素及其能级跃迁时,对于XPS通常选用C1s或F1s,对于AES通常选用AgM4,5VV。 注2:所用灵敏度因子的类型应适用于,诸如对均匀样品或偏析层之类样品的分析。 注3:为了正确使用基体因子或其他参数,应给出灵敏度因子的来源。 注4:灵敏度因子与激发源参数、能量分析器参数以及样品在仪器中相对于这些部件的取向相关。灵敏度因子也与