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科研人員實現高質量石墨烯在水相中高效制備
來源:網絡
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作者:chemical-1031735
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發布時間: 2771天前
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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。
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。
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。
