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西安交大徐友龍團隊在高質量石墨烯研究方麵取得重大突破

本報訊(記者任娜)記者日前獲悉,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,該校徐友龍教授團隊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。該項研究成果近日發表在國際頂級期刊《先進功能材料》。

石墨烯是二維層狀材料家族中的明星材料,其優異的機械、電學、光學、力學性質使其在光電、催化、傳感器、透明導電薄膜、柔性電子器件、能源儲存、防腐塗料、潤滑、結構增強、武器裝備、航天航空等領域展示出廣闊的應用前景。據介紹,目前常用於製備石墨烯的方法有機械剝離法、液相剝離法、外延生長法、化學氣相沉積法、化學還原氧化石墨烯以及電化學方法。

所謂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。與上述其他方法相比,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。

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,而且石墨烯缺陷少、氧化程度低、電導率優異。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。

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