上海微系统研究所制备水溶性石墨烯的研究进展

上海微系统研究所制备水溶性石墨烯的研究进展

石墨烯材料以其优异的物理化学性能（室温下载迁移率可达15000平方厘米/秒，高导热率为5000瓦/平方米，杨氏模量为350牛顿/米等）在锂离子电池、传感器、储能材料和生物医学领域得到了广泛的应用，因此具有低成本、大规模的应用前景。石墨烯材料的分离和有效分散是这些应用的前提，也是科学研究的重要课题，目前，以廉价石墨为原料，通过石墨层的插层和剥离，可以批量制备石墨烯材料。同时，由于板间范德华力的存在，产品容易重叠和团聚，表面能不匹配，使得石墨烯很难在水或其它有机溶剂中分散。W沸点对石墨烯材料的实际应用有很大影响，因此，开发新的绿色、高效、低成本的方法，使石墨烯更好地分散在水或其他低沸点有机溶液中，是石墨烯材料领域的一个重要研究课题。

最近，中国科学院上海微系统与信息技术研究所的丁家桥、何鹏等研究人员在水溶性石墨烯材料的制备方面取得了进展。在创新的电化学技术和超声辅助分散机理的基础上，在NaOH-PTA混合电解质体系中制备了几层高浓度水溶性石墨烯，并在《绿色化学》网站上公布了研究结果，通过控制PTA在石墨电极上的沉积和吸附，研究了PTA在石墨电极上的作用机理。化学过程，促使石墨氧化，逐层剥落。随后，采用超声波处理进一步提高收率。制备了高产率（87.3%）、高固含量（8.2g/l）、高稳定性（8个月以上）的水溶性石墨烯，研究报告具有明显的优势，同时由于分子吸附机理和电化学阳极保护作用，保留了产品片SP2的结构。薄膜制备后，通过低温热还原可获得高导电性（9517 s /m），具有很大的应用潜力，进一步的机理研究澄清了不同于以往的插层、氧化、膨胀和剥离的电化学机理。新的层层剥皮深度氧化电化学机理克服了传统电化学方法剥皮不彻底造成的多层、质量差、分散性差的问题，同时也克服了超声在不同环境、不同处理时间、不同前体条件下的影响。通过进一步的研究，确定了纳米颗粒的存在，对后续的工艺改进具有重要的指导意义，该方法制备的水溶性石墨烯易于成膜。具有电压低、速度快、温度一致性好等优点。它有望作为一种新型的电热材料得到广泛的应用。

研究团队致力于石墨烯材料的创新制备和应用，大力发展原始制备技术，获得高品质的石墨烯、水溶性石墨烯和石墨烯量子点等高端石墨烯材料。相关研究得到了国家重大科学技术计划、国家自然科学基金项目和科学院重大战略科技项目的支持。

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