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電化學雙電極法高效制備石墨烯

發布時間:2019-8-5 17:33:59      閱讀318

  石墨烯作為二維層狀材料家族中的明星材料,優異的性能使其在催化、透明導電薄膜、柔性電子器件、能源儲存等領域展示出廣闊的應用前景。近日,西安交通大學先進儲能電子材料與器件研究所徐友龍教授開發出電化學雙電極法石墨烯工藝,為規模化制備高質量石墨烯奠定了基礎。
  此前的研究表明,陽極氧化法制備石墨烯易產生大量氧化缺陷,陰極還原剝離能避免含氧基團的生成,但制備的石墨烯產率并不高。業界對于電化學陽極、陰極剝離石墨開展了較多的探索研究,但迄今為止使用電化學方法,尤其是陰陽雙極同時剝離,仍然無法高效制備高質量、高產率的石墨烯。
  該團隊經過系統的篩選和優化,選用四丁基高氯酸銨/碳酸丙烯酯溶液為剝離電解液,并設計了金屬網包裹天然石墨的三明治結構石墨電極,通過深入探究離子嵌入石墨產生剝離過程的機理,采用電化學和熱膨脹剝離相結合的方法,實現了陰陽極同時制備高質量的石墨烯。
  該方法制備的石墨烯不僅產率高,陰極為85%、陽極為48%;而且石墨烯缺陷少,ID/IG小于0.08;氧化程度低,C/O原子比大于18.4;電導率優異,大于3×104S/m。另外,在實驗室條件下使用大尺寸石墨電極生產石墨烯的速度可以達到25g/h。
  據介紹,電化學方法制備石墨烯是在電場的作用下,通過陽極氧化或者陰極還原石墨電極,驅動電解液中的離子嵌入到石墨層中致使石墨結構發生膨脹、層間相互作用力減弱,并隨之產生剝離。
  目前,制備石墨烯的常用方法有機械剝離法、液相剝離法、外延生長法、化學氣相沉積法、化學還原氧化石墨烯等方法。與上述方法相比,電化學方法制備石墨烯具有設備簡單、過程高效、環境相對友好、成本低廉、可控性強且制備周期短等優點,是一種有很大潛力的大規模生產石墨烯的方法。
  來源:中國化工報

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