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科研人員實現高質量石墨烯在水相中高效率制備

科研人員實現高質量石墨烯在水相中高效率制備

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發布時間:
2018/03/20
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【摘要】:
從復旦大學獲悉,該校與新加坡國立大學研究人員合作,通過在石墨烯表面引入極少量可電離含氧官能團,實現高質量石墨烯在水相中的高效率制備,有利于加速石墨烯大規模產業化應用。相關成果近日在線發表于《自然.通訊》雜志。  石墨烯是現有材料中厚度最薄、強度最高、導熱性最好的新型二維材料,在智能裝備、航空航天、能源儲存和環境治理等諸多領域應用潛力巨大,是重要的戰略新興材料。  然而,如何實現高質量石墨烯的高效率

  從復旦大學獲悉,該校與新加坡國立大學研究人員合作,通過在石墨烯表面引入極少量可電離含氧官能團,實現高質量石墨烯在水相中的高效率制備,有利于加速石墨烯大規模產業化應用。相關成果近日在線發表于《自然.通訊》雜志。

  石墨烯是現有材料中厚度最薄、強度最高、導熱性最好的新型二維材料,在智能裝備、航空航天、能源儲存和環境治理等諸多領域應用潛力巨大,是重要的戰略新興材料。

  然而,如何實現高質量石墨烯的高效率、規模化制備,一直是制約其大規模應用的關鍵難題。理想解決方案是從天然鱗片石墨出發,將其在液相中剝離成石墨烯。

  據專家介紹,為避免石墨烯的不可逆聚集,液相剝離通常需要在特定溶劑中進行,而溶劑對石墨烯的分散能力則限制了剝離的效率,以致液相剝離很難在高濃度下進行。典型情況下石墨烯含量通常小于1mg/mL,這意味著生產1kg石墨烯至少需要1噸的溶劑用量。此外,石墨烯強烈的聚集傾向也使其難以存儲、運輸,為后續應用提出挑戰。

  如何克服這些難題?研究人員采用一種非穩定分散的策略,通過在石墨烯表面引入極少量的可電離含氧官能團,實現在極高濃度(50mg/mL)下的快速、高產率剝離,剝離產物90%以上為單層石墨烯,且晶格缺陷少。剝離過程中,由于表面雙電層被壓縮,石墨烯以絮凝方式析出形成沉淀,后者即使濃縮至固含量很高的濾餅,室溫儲存一月后,仍可再次分散于水溶液中形成均勻穩定的石墨烯懸浮液,從而有效解決石墨烯規模化應用中的儲存和運輸問題。

  此外,該方法制備的石墨烯水相漿料表現出良好的流變特性,可直接通過3D打印制備各種形狀的石墨烯氣凝膠,從而為石墨烯在儲能、環境治理、多功能復合材料等領域的應用開辟了新途徑。

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