电化学剥离石墨烯技术及应用

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石墨烯因为其独特的结构和性质就一直是材料学和物理学的研究热点。作为热导体,石墨烯比目前任何其他材料的导热效果都好,作为单质,室温下它传递电子的速度比已知导体都快。因此石墨烯成为备受瞩目的研究热点,潜力巨大,能颠覆未来。

高品质石墨烯的低成本化有利于推动石墨烯产业在储能、电子、电网等领域的发展,而面对石墨烯低成本化、规模化的同时,安全性也是不可或缺的。相比传统的氧化还原法,电化学法的优势在于保证石墨烯亲水性的同时,还能够有效避免过多的氧官能团的引入,这就使得石墨烯表面的sp2结构破坏较小,本征程度更高。

电化学法剥离是将待剥离的石墨作为阳极,铂电极作为阴极,在不同酸性、碱性以及盐溶液的电解液体系中制备石墨烯。当在电化学电池中使用石墨作为工作电极时,电流驱使离子或带电分子迁移到石墨层间隔中并将石墨烯层推开,整个过程十分迅速,在几秒到几十秒之间即可完成。因此电化学剥离石墨烯具有成本低、环保、效率高等特点。一般来说,电化学剥离石墨烯发生在阳极,得到的石墨烯产品仍含有一定量的氧基,这是由于含水自由基(HO-C,O-C)被水分解所致。所以我们可以通过调控电化学剥离的不同参数获得不同氧化程度的石墨烯。

电化学法制备石墨烯的主要优势为:

(1)与普通氧化还原法相比,不需要用到强氧化剂、强还原剂及有毒试剂,成本低,清洁环保;

(2)通过电化学方式,在氧化时可以更多地以离子插入方式剥离而减少氧化程度降低石墨烯结构的破坏,电化学还原时则能更彻底还原,因此制得的石墨烯具有更好的物理化学性质;

(3)由于电化学的强力场作用,使得剥离效率更高,更容易实现高品质石墨烯批量制备;

(4)电化学制备过程中,电流与电压很容易精确控制,因此容易实现石墨烯的可控制备与性能调控,而且制备过程与设备简单,易于操控;

(5)与CVD及有机合成法相比,电化学法采用石墨为原料,我国石墨产量又居前列,原料丰富,成本低廉。

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