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西安交大在電化學雙電極大規模生產高質量石墨烯研究方麵取得新進展

電化學方法是在電場的作用下,通過陽極氧化或者陰極還原石墨電極,驅動電解液中的離子嵌入到石墨層中致使石墨結構發生膨脹、層間相互作用力減弱並隨之產生剝離。與上述方法相比,電化學方法製備石墨烯具有設備簡單、過程高效、環境相對友好、成本低廉、可控性強且製備周期短等優點,是一種有很大潛力的大規模生產石墨烯的方法。陽極氧化法容易在石墨烯上產生大量氧化缺陷,陰極還原剝離能避免含氧基團的生成,但製備的石墨烯產率並不高。目前學界對於電化學陽極、陰極剝離石墨開展了較多的探索研究,但迄今為止,使用電化學方法,尤其是陰陽雙極同時剝離,仍然無法高效地製備高質量、高產率的石墨烯。

近日,西安交通大學先進儲能電子材料與器件研究所徐友龍教授團隊經過係統的篩選和優化,選用四丁基高氯酸銨/碳酸丙烯酯溶液為剝離電解液,並設計了金屬網包裹天然石墨的三明治結構石墨電極,通過深入探究離子嵌入石墨產生剝離過程的機理,采用電化學和熱膨脹剝離相結合的方法,實現了陰陽極同時製備高質量的石墨烯。該方法製備的石墨烯不僅產率高(陰極:85%和陽極:48%),而且石墨烯缺陷少(ID/IG<0.08)、氧化程度低(C/O原子比>18.4)、電導率優異(>3×104 S/m)。另外在實驗室條件下使用大尺寸石墨電極(Φ=20cm, 厚度5mm)生產石墨烯的速度可以達到25 g/h,為規模化製備高質量石墨烯奠定了基礎。

上述研究成果以《電化學陰陽雙極同步剝離石墨宏量製備高質量石墨烯》(Simultaneous Electrochemical Dual-Electrode Exfoliation of Graphite toward Scalable Production of High-Quality Graphene)為題發表在國際頂級期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials,影響因子IF: 15.621)。西安交通大學先進儲能電子材料與器件研究所博士生張淵為本文第一作者,徐友龍教授為本文通訊作者。西安交通大學是本論文的唯一署名單位,標誌著西安交大在電化學法製備高質量石墨烯研究方麵取得新進展。該工作得到陝西省重大研發計劃、“111引智計劃”(B14040)的資助以及西安交大分析測試中心的支持。

徐友龍教授長期致力於新型電解電容器、超級電容器、鋰/鈉離子電池材料與器件、納米材料的製備與應用等領域的研究。以第一作者或通訊作者在國際著名期刊發表學術論文150多篇,其中三篇入選全球前1%“ESI”高引論文。

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