趙亞平教授課題組運用基于超臨界二氧化碳剝離技術高效制備石墨烯

趙亞平教授課題組運用基于超臨界二氧化碳剝離技術高效制備石墨烯

石墨烯因具有優異的力學、熱學、電學、超大比表面積等優異性質,在電子器件、傳感器、電池/超級電容器、催化劑載體以及基于石墨烯的復合材料等領域具有廣闊的應用。石墨烯的低成本宏量制備是其廣泛應用的前提和關鍵，因此，基于石墨高效剝離規模化制備石墨烯至今是科研人員致力解決的難題。近日，上海交通大學趙亞平教授課題組運用所建立的基于超臨界二氧化碳剝離技術高效制備石墨烯及其自組裝構建一維石墨烯卷取得多項研究新成果，對石墨烯的規模化應用和一維石墨烯卷的研究具有重要實際應用價值和學術意義。

圖1：超臨界二氧化碳中，超聲波與剪切攪拌協同剝離石墨制備石墨烯的原理示意圖



該團隊建立的超臨界CO2中超聲耦合剪切高效剝離制備石墨烯工作以Highly efficient production of graphene by an ultrasound coupled with a shear mixer in supercritical CO2為題在化工三大主流期刊之一“Industrial&Engineering Chemistry Research”作為期刊封面文章發表（December 12,2018 Volume 57,Issue 49 Pages 16537-17032）。超聲在石墨顆粒上產生活性邊緣，同時從活性邊緣剪切剝離石墨，該過程極大提高了石墨烯的剝離效率。

該團隊以所剝離的石墨烯為原料，首次建立了石墨烯通過自組裝大量制備一維石墨烯納米卷（Graphene Nanoscroll）的新方法。石墨烯卷是由二維石墨烯片經螺旋卷曲的方式形成的具有類似多壁碳納米管結構的新型碳材料，具有端口和邊緣開口的未封閉特殊拓撲結構一維管狀納米結構碳材料。石墨烯卷不僅繼承了石墨烯和碳管優良的化學、物理和電學性質，而且還具有與二者不一樣的特殊性能，成為近來研究的熱點。該團隊建立的方法簡單、自組裝效率高，為批量生產石墨烯納米卷及其應用提供了基礎。該工作以A facile and universal approach for quantity production of high-quality nanoscrolls with high-yield from two-dimensional nanosheets為題發表在《Scientific Reports》（2018,8,1:15262.）。

該團隊進一步研究發現，在一定條件下，所形成的石墨烯一維納米卷可以重新可逆展開成為石墨烯，實現了二維石墨烯與一維石墨烯納米卷之間的相互可逆轉化。該成果為從二維材料構建一維材料提供了新思路，為石墨烯的穩定儲存和定向應用以及一維石墨烯卷的理論研究和實際應用打下了基礎。該工作以Reversible conversion between graphene nanosheets and graphene nanoscrolls at room temperature為題發表在《RSC Advances》期刊（2018,8,18,9749-9753.）



以上工作主要由趙亞平教授團隊的王武聰和蓋艷喆博士生完成。

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