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电化学双电极法高效制备石墨烯

  与热膨胀相结合 阴阳极同时剥离

  中化新网讯 石墨烯作为二维层状材料家族中的明星材料,优异的性能使其在催化、透明导电薄膜、柔性电子器件、能源储存等领域展示出广阔的应用前景。近日,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开发出电化学双电极法石墨烯工艺,为规模化制备高质量石墨烯奠定了基础。

  此前的研究表明,阳极氧化法制备石墨烯易产生大量氧化缺陷,阴极还原剥离能避免含氧基团的生成,但制备的石墨烯产率并不高。业界对于电化学阳极、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方法,尤其是阴阳双极同时剥离,仍然无法高效制备高质量、高产率的石墨烯。

  该团队经过系统的筛选和优化,选用四丁基高氯酸铵/碳酸丙烯酯溶液为剥离电解液,并设计了金属网包裹天然石墨的三明治结构石墨电极,通过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方法,实现了阴阳极同时制备高质量的石墨烯。

  该方法制备的石墨烯不仅产率高,阴极为85%、阳极为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;电导率优异,大于3×104S/m。另外,在实验室条件下使用大尺寸石墨电极生产石墨烯的速度可以达到25g/h。

  据介绍,电化学方法制备石墨烯是在电场的作用下,通过阳极氧化或者阴极还原石墨电极,驱动电解液中的离子嵌入到石墨层中致使石墨结构发生膨胀、层间相互作用力减弱,并随之产生剥离。

  目前,制备石墨烯的常用方法有机械剥离法、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方法。与上述方法相比,电化学方法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,是一种有很大潜力的大规模生产石墨烯的方法。

关键字:石墨烯
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