西安交大在电化←学双电极大规模生产高质量石墨烯研究方面取得新进展
石墨烯早已跃为二维层状材料家族中的明星材料,其优异的机械、电学、光学、力学╲性质使其在光电、催化、传感器、透明导电薄膜、柔性电子器件、能源储存、防腐涂料、润滑、结构增强、武器装备、航天航空等领域展示出广阔的应用前景。目前,常用于制备石墨烯的方法有机械剥离法、液相剥离法、外Ψ 延生长法、化学气相沉积法、化学还原氧化石墨烯等方法。
电化学方法是在电场的作用下,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。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。阳极氧化法ζ 容易在石墨烯上产生大量氧化☉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。目前学界对于电化学阳极、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,仍然无法高效地制备高质量、高产率的石墨︽烯。
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:85%和阳极:48%),而且石墨烯缺陷少(ID/IG<0.08)、氧化程度低(C/O原子比>18.4)、电导率①优异(>3×104 S/m)。另外在实验室条件下使用大尺寸石墨电极(Φ=20cm, 厚度5mm)生产石墨烯的速度可以达到25 g/h,为规模化制备♂高质量石墨烯奠定了基础。
上述→研究成果以《电化学阴阳双极同步剥离石墨宏量制备高质量石墨烯》(Simultaneous Electrochemical Dual-Electrode Exfoliation of Graphite toward Scalable Production of High-Quality Graphene)为题发表在国际顶级期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials,影响因子IF: 15.621)。西安交通大学先进储能电子材料与器件研究所博士生张渊为本文※第一作者,徐友龙教授为本文通讯作者。西安交通大学是本论文的唯一署名单位,标志着西安交大在电化学法制备高质量石墨烯研究方面取得新进展。该工作得到陕西省重大研发计划、“111引智计划”(B14040)的资助以及西安交大分析测】试中心的支持。
徐友龙教授长期致力于新型电解电容器、超级电容器、锂/钠离子电池材料与器件、纳米材料的制备」与应用等领域的研究。以第一作者或通讯作者在国际著名期刊发表学术论文150多篇,其中三篇入选全球前1%“ESI”高引论文。
文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201902171
徐友龙教◤授个人主页:http://gr.xjtu.edu.cn/web/ylxu/1
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