上海微系統(tǒng)研究所制備水溶性石墨烯的研究進展

上海微系統(tǒng)研究所制備水溶性石墨烯的研究進展

石墨烯材料以其優(yōu)異的物理化學性能（室溫下載遷移率可達15000平方厘米/秒，高導熱率為5000瓦/平方米，楊氏模量為350牛頓/米等）在鋰離子電池、傳感器、儲能材料和生物醫(yī)學領域得到了廣泛的應用，因此具有低成本、大規(guī)模的應用前景。石墨烯材料的分離和有效分散是這些應用的前提，也是科學研究的重要課題，目前，以廉價石墨為原料，通過石墨層的插層和剝離，可以批量制備石墨烯材料。同時，由于板間范德華力的存在，產(chǎn)品容易重疊和團聚，表面能不匹配，使得石墨烯很難在水或其它有機溶劑中分散。W沸點對石墨烯材料的實際應用有很大影響，因此，開發(fā)新的綠色、高效、低成本的方法，使石墨烯更好地分散在水或其他低沸點有機溶液中，是石墨烯材料領域的一個重要研究課題。

最近，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所的丁家橋、何鵬等研究人員在水溶性石墨烯材料的制備方面取得了進展。在創(chuàng)新的電化學技術和超聲輔助分散機理的基礎上，在NaOH-PTA混合電解質(zhì)體系中制備了幾層高濃度水溶性石墨烯，并在《綠色化學》網(wǎng)站上公布了研究結果，通過控制PTA在石墨電極上的沉積和吸附，研究了PTA在石墨電極上的作用機理?；瘜W過程，促使石墨氧化，逐層剝落。隨后，采用超聲波處理進一步提高收率。制備了高產(chǎn)率（87.3%）、高固含量（8.2g/l）、高穩(wěn)定性（8個月以上）的水溶性石墨烯，研究報告具有明顯的優(yōu)勢，同時由于分子吸附機理和電化學陽極保護作用，保留了產(chǎn)品片SP2的結構。薄膜制備后，通過低溫熱還原可獲得高導電性（9517 s /m），具有很大的應用潛力，進一步的機理研究澄清了不同于以往的插層、氧化、膨脹和剝離的電化學機理。新的層層剝皮深度氧化電化學機理克服了傳統(tǒng)電化學方法剝皮不徹底造成的多層、質(zhì)量差、分散性差的問題，同時也克服了超聲在不同環(huán)境、不同處理時間、不同前體條件下的影響。通過進一步的研究，確定了納米顆粒的存在，對后續(xù)的工藝改進具有重要的指導意義，該方法制備的水溶性石墨烯易于成膜。具有電壓低、速度快、溫度一致性好等優(yōu)點。它有望作為一種新型的電熱材料得到廣泛的應用。

研究團隊致力于石墨烯材料的創(chuàng)新制備和應用，大力發(fā)展原始制備技術，獲得高品質(zhì)的石墨烯、水溶性石墨烯和石墨烯量子點等高端石墨烯材料。相關研究得到了國家重大科學技術計劃、國家自然科學基金項目和科學院重大戰(zhàn)略科技項目的支持。

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