上海微系統研究所制備水溶性石墨烯的研究進展

上海微系統研究所制備水溶性石墨烯的研究進展

石墨烯材料以其優異的物理化學性能（室溫下載遷移率可達15000平方厘米/秒，高導熱率為5000瓦/平方米，楊氏模量為350牛頓/米等）在鋰離子電池、傳感器、儲能材料和生物醫學領域得到了廣泛的應用，因此具有低成本、大規模的應用前景。石墨烯材料的分離和有效分散是這些應用的前提，也是科學研究的重要課題，目前，以廉價石墨為原料，通過石墨層的插層和剝離，可以批量制備石墨烯材料。同時，由于板間范德華力的存在，產品容易重疊和團聚，表面能不匹配，使得石墨烯很難在水或其它有機溶劑中分散。W沸點對石墨烯材料的實際應用有很大影響，因此，開發新的綠色、高效、低成本的方法，使石墨烯更好地分散在水或其他低沸點有機溶液中，是石墨烯材料領域的一個重要研究課題。

最近，中國科學院上海微系統與信息技術研究所的丁家橋、何鵬等研究人員在水溶性石墨烯材料的制備方面取得了進展。在創新的電化學技術和超聲輔助分散機理的基礎上，在NaOH-PTA混合電解質體系中制備了幾層高濃度水溶性石墨烯，并在《綠色化學》網站上公布了研究結果，通過控制PTA在石墨電極上的沉積和吸附，研究了PTA在石墨電極上的作用機理。化學過程，促使石墨氧化，逐層剝落。隨后，采用超聲波處理進一步提高收率。制備了高產率（87.3%）、高固含量（8.2g/l）、高穩定性（8個月以上）的水溶性石墨烯，研究報告具有明顯的優勢，同時由于分子吸附機理和電化學陽極保護作用，保留了產品片SP2的結構。薄膜制備后，通過低溫熱還原可獲得高導電性（9517 s /m），具有很大的應用潛力，進一步的機理研究澄清了不同于以往的插層、氧化、膨脹和剝離的電化學機理。新的層層剝皮深度氧化電化學機理克服了傳統電化學方法剝皮不徹底造成的多層、質量差、分散性差的問題，同時也克服了超聲在不同環境、不同處理時間、不同前體條件下的影響。通過進一步的研究，確定了納米顆粒的存在，對后續的工藝改進具有重要的指導意義，該方法制備的水溶性石墨烯易于成膜。具有電壓低、速度快、溫度一致性好等優點。它有望作為一種新型的電熱材料得到廣泛的應用。

研究團隊致力于石墨烯材料的創新制備和應用，大力發展原始制備技術，獲得高品質的石墨烯、水溶性石墨烯和石墨烯量子點等高端石墨烯材料。相關研究得到了國家重大科學技術計劃、國家自然科學基金項目和科學院重大戰略科技項目的支持。

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