一種簡(jiǎn)單快速規(guī)模化制備石墨烯塊及其功能化材料的方法

劉忠范(北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京大學(xué)納米化學(xué)研究中心，北京100871)

一種簡(jiǎn)單快速規(guī)模化制備石墨烯塊及其功能化材料的方法

劉忠范
(北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京大學(xué)納米化學(xué)研究中心，北京100871)

[Highlight]

www.whxb.pku.edu.cn

石墨烯由于其高的比較表面積，優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、機(jī)械等性能受到廣泛關(guān)注1。要實(shí)現(xiàn)其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，需要找到簡(jiǎn)單快速的大規(guī)模制備石墨烯的方法?；瘜W(xué)氧化還原途徑是目前大規(guī)模制備石墨烯的重要方法，但是常規(guī)的化學(xué)還原過(guò)程往往會(huì)引入各種化學(xué)試劑2，耗時(shí)且處理步驟較為繁瑣，若要功能化(例如摻雜、復(fù)雜金屬/金屬氧化物等3,4)以滿足不同的應(yīng)用需求則還需要更多反應(yīng)過(guò)程。

北京理工大學(xué)曲良體研究組利用激光引發(fā)氧化石墨烯凝膠自發(fā)還原反應(yīng)的方法，成功實(shí)現(xiàn)了無(wú)溶劑快速還原制備石墨烯塊體及其功能材料。這項(xiàng)研究成果已在Advanced Materials在線發(fā)表5。該簡(jiǎn)單方法只需要使用一束光(例如激光筆發(fā)出的激光或聚焦的太陽(yáng)光)照射在氧化石墨烯凝膠表面，被照射區(qū)域的氧化石墨烯會(huì)快速還原成石墨烯，其釋放的反應(yīng)熱能誘使未被光照射到的部分也自發(fā)還原(圖1)，直到整個(gè)凝膠被全部還原為石墨烯。這個(gè)過(guò)程非常迅速，一個(gè)5 cm3的凝膠還原只需約40 ms。并且氧化石墨烯凝膠內(nèi)部可以引入各種前驅(qū)體，還原的同時(shí)制備出N、S、P等單摻雜或者雙摻雜的石墨烯，以及金屬、金屬氧化物負(fù)載的石墨烯材料。在超級(jí)電容器、鋰離子電池、燃料電池等方面將有重要應(yīng)用前景。此項(xiàng)研究表明，激光等照射能夠引發(fā)氧化石墨烯凝膠自發(fā)的快速的還原反應(yīng)，基于此簡(jiǎn)單方法能夠有效制備多種功能化的大塊石墨烯材料。

圖1　激光引發(fā)氧化石墨烯凝膠自發(fā)還原反應(yīng)示意圖

References

(1)Novoselov,K.S.;Geim,A.K.;Morozov,S.V.;Jiang,D.; Zhang,Y.;Dubonos,S.V.;Grigorieva,I.V.;Firsov,A.A. Science 2004,306,666.doi:10.1126/science.1102896

(2)Huang,X.;Qi,X.Y.;Boey,F.;Zhang,H.Chem.Soc.Rev.2012, 41,666.doi:10.1039/C1CS15078B

(3)Sun,Y.Q.;Wu,Q.;Shi,G.Q.Energy Environ.Sci.2011,4, 1113.doi:10.1039/c0ee00683a

(4)Huang,X.;Yin,Z.Y.;Wu,S.X.;Qi,X.Y.;He,Q.Y.;Zhang,Q. C.;Yan,Q.Y.;Boey,F.;Zhang,H.Small 2011,7,1876. doi:10.1002/smll.201002009

(5)Cheng,H.H.;Ye,M.H.;Zhao,F.;Hu,C.G.;Zhao,Y.;Liang, Y.;Chen,N.;Chen,S.L.;Qu,L.T.Adv.Mater.2016, doi:10.1002/adma.201505431

10.3866/PKU.WHXB201603151