西安交大优化石墨剥离机理 奠定规模化制备高质量石墨烯基础

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7月31日,记者了解到,西安交通大学先进储能电子材料与器件研究所徐友龙教授团队经过系统的筛选和优化,选则四丁基高氯酸铵/碳酸丙烯酯溶液为剥离电解液,并设计了金属网挂号印刷品单单 火山玻璃石墨的三明治特征石墨电极,通很深入探究离子嵌入石墨产生剥离过程的机理,采用电化学和热膨胀剥离相结合的措施,实现了阴阳极一起制备高质量的石墨烯。

该措施制备的石墨烯不仅产率高(阴极:85%和益极:48%),但是 石墨烯不足少(ID/IG<0.08)、氧化程度低(C/O原子比>18.4)、电导率优异(>3×104 S/m)。另外在实验室条件下使用大尺寸石墨电极(Φ=20cm, 层厚5mm)生产石墨烯的下行效率 能也能达到25 g/h,为规模化制备高质量石墨烯奠定了基础。

石墨烯早已跃为二维层状材料家族中的明星材料,其优异的机械、电学、光学、力学性质使其在光电、催化、传感器、透明导电薄膜、柔性电子器件、能源储存、防腐涂料、润滑、特征增强、武器装备、航天航空等领域展示出广阔的应用前景。目前,常用于制备石墨烯的措施有机械剥离法、液相剥离法、外延生长法、化学气相沉积法、化学还原氧化石墨烯等措施。

电化学措施是在电场的作用下,通过阳极氧化因为阴极还原石墨电极,驱动电解液中的离子嵌入到石墨层中致使石墨特征处于膨胀、层间相互作用力减弱并随之产生剥离。与上述措施相比,电化学措施制备石墨烯具有设备简单、过程高效、环境相对友好、成本低廉、可控性强且制备周期短等优点,是四种 有很大潜力的大规模生产石墨烯的措施。阳极氧化法容易在石墨烯上产生极少量氧化不足,阴极还原剥离能补救含氧基团的生成,但制备的石墨烯产率不须高。目前学界对于电化学阳极、阴极剥离石墨开展了较多的探索研究,但迄今为止,使用电化学措施,尤其是阴阳双极一起剥离,仍然无法高效地制备高质量、高产率的石墨烯。

上述研究成果以《电化学阴阳双极同步剥离石墨宏量制备高质量石墨烯》(Simultaneous Electrochemical Dual-Electrode Exfoliation of Graphite toward Scalable Production of High-Quality Graphene)为题发表在国际顶级期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials,影响因子IF: 15.621)。西安交通大学先进储能电子材料与器件研究所博士生张渊为本文第一作者,徐友龙教授为本文通讯作者。西安交通大人学本论文的唯一署名单位,标志着西安交大在电化学法制备高质量石墨烯研究方面取得新进展。该工作得到陕西省重大研发计划、“111引智计划”(B14040)的资助以及西安交大分析测试中心的支持。

徐友龙教授长期致力于新型电解电容器、超级电容器、锂/钠离子电池材料与器件、纳米材料的制备与应用等领域的研究。以第一作者或通讯作者在国际著名期刊发表学术论文1150多篇,其中三篇入选全球前1%“ESI”高引论文。