科技进展

上海微系统所在高质量石墨烯制备方面取得重要进展

  

低成本规模化制备高质量石墨烯是发挥石墨烯优异导电和导热特性、推动石墨烯应用于电热、传感和储能等领域必须解决的关键技术问题。以廉价石墨为原料通过石墨层间插层和剥离是制备高质量石墨烯的最重要技术路线。对于该技术路线而言,高产率是实现宏量制备的前提,同时还应兼顾制备体系和过程的环保性及安全性。然而,开发同时具备高质量、高产率、环境友好的制备策略仍然面临挑战,通过原理创新和工艺技术改进实现高质量石墨烯的低成本规模化制备依然是石墨烯材料领域的重要研究课题。

近期,学术期刊Chemistry of Materials(IF9.466) 分别以快报和全文形式在线刊发了中科院上海微系统所石墨烯粉体材料研究团队何朋、丁古巧等研究人员在高质量石墨烯材料制备方面取得的两项重要研究进展:基于插层-剥离体系的创新和过程控制,分别在H2SO4-Na2S2O8 H2C2O4-H2O2 体系中通过化学和电化学技术获得高质量少层石墨烯。在H2SO4-Na2S2O8 体系中,研发人员通过插层和剥离的动力学控制,实现了90.8%少层石墨烯的超高产率,相对于已有报道具有明显优势,所得高质量少层石墨烯具有大片径(平均片径面积达54.7 μm2)和高电导率(1.01×105 S m-1)等特点,在多个领域应用潜力巨大。详尽的机理研究明确了低温化学插层和高温气泡剥离的必要性和优越性,深化了对气体鼓泡剥离制备高质量石墨烯过程的理解,该研究成果对于湿法化学规模化制备高质量石墨烯具有重要借鉴意义。同样利用气泡剥离制备高质量石墨烯,团队设计开发的H2C2O4-H2O2 绿色电解液体系,克服了常规电化学方法所得石墨烯氧化缺陷多、制备过程释放有害气体等缺点,所获得的石墨烯含氧量仅有2.41 at. %。机理研究表明,H2C2O4 不仅是绿色的插层剂,还能有效阻碍石墨烯在阳极发生的氧化过程,而H2O2 对增强气泡剥离效果明显,该研究成果为开发电化学法规模化制备高质量石墨烯提供了新思路。所制得的高质量石墨烯在电热方面表现出低电压、高速升温和温度一致性好等优点,有望作为新型电热材料获得推广应用。

研究团队致力于石墨烯材料的创新制备和应用研究多年,大力发展原创性制备技术获取高质量石墨烯、水溶性石墨烯和石墨烯量子点等高端石墨烯材料,相关研究先后得到了国家重大科技专项项目(2011ZX02707)、中科院先导专项项目(XDA02040000)及国家自然科学基金项目(11774368, 11227902)的支持。

      论文链接:http://pubsdc3.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.7b02752

                       http://pubsdc3.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.7b00567

基于动力学控制的化学气泡剥离法制备高质量石墨烯

基于绿色电解质的电化学气泡剥离制备高质量石墨烯及其电热应用