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與熱膨脹相結(jié)合 陰陽(yáng)極同時(shí)剝離
中化新網(wǎng)訊 石墨烯作為二維層狀材料家族中的明星材料，優(yōu)異的性能使其在催化、透明導(dǎo)電薄膜、柔性電子器件、能源儲(chǔ)存等領(lǐng)域展示出廣闊的應(yīng)用前景。近日，西安交通大學(xué)先進(jìn)儲(chǔ)能電子材料與器件研究所徐友龍教授開發(fā)出電化學(xué)雙電極法石墨烯工藝，為規(guī)模化制備高質(zhì)量石墨烯奠定了基礎(chǔ)。
此前的研究表明，陽(yáng)極氧化法制備石墨烯易產(chǎn)生大量氧化缺陷，陰極還原剝離能避免含氧基團(tuán)的生成，但制備的石墨烯產(chǎn)率并不高。業(yè)界對(duì)于電化學(xué)陽(yáng)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(xué)方法，尤其是陰陽(yáng)雙極同時(shí)剝離，仍然無法高效制備高質(zhì)量、高產(chǎn)率的石墨烯。
該團(tuán)隊(duì)經(jīng)過系統(tǒng)的篩選和優(yōu)化，選用四丁基高氯酸銨/碳酸丙烯酯溶液為剝離電解液，并設(shè)計(jì)了金屬網(wǎng)包裹天然石墨的三明治結(jié)構(gòu)石墨電極，通過深入探究離子嵌入石墨產(chǎn)生剝離過程的機(jī)理，采用電化學(xué)和熱膨脹剝離相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了陰陽(yáng)極同時(shí)制備高質(zhì)量的石墨烯。
該方法制備的石墨烯不僅產(chǎn)率高，陰極為85%、陽(yáng)極為48%;而且石墨烯缺陷少，ID/IG小于0.08;氧化程度低，C/O原子比大于18.4;電導(dǎo)率優(yōu)異，大于3×104S/m。另外，在實(shí)驗(yàn)室條件下使用大尺寸石墨電極生產(chǎn)石墨烯的速度可以達(dá)到25g/h。
據(jù)介紹，電化學(xué)方法制備石墨烯是在電場(chǎng)的作用下，通過陽(yáng)極氧化或者陰極還原石墨電極，驅(qū)動(dòng)電解液中的離子嵌入到石墨層中致使石墨結(jié)構(gòu)發(fā)生膨脹、層間相互作用力減弱，并隨之產(chǎn)生剝離。
目前，制備石墨烯的常用方法有機(jī)械剝離法、液相剝離法、外延生長(zhǎng)法、化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)還原氧化石墨烯等方法。與上述方法相比，電化學(xué)方法制備石墨烯具有設(shè)備簡(jiǎn)單、過程高效、環(huán)境相對(duì)友好、成本低廉、可控性強(qiáng)且制備周期短等優(yōu)點(diǎn)，是一種有很大潛力的大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的方法。
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