采访人员从复旦大学获悉， 该校与新加坡国立大学研究人员合作， 通过在石墨烯表面引入极少量可电离含氧官能团， 实现高质量石墨烯在水相中的高效率制备， 有利于加速石墨烯大规模产业化应用 。 相关成果近日在线发表于《自然·通讯》杂志 。
石墨烯是现有材料中厚度最薄、强度最高、导热性最好的新型二维材料， 在智能装备、航空航天、能源储存和环境治理等诸多领域应用潜力巨大， 是重要的战略新兴材料 。
然而， 如何实现高质量石墨烯的高效率、规模化制备， 一直是制约其大规模应用的关键难题 。 理想解决方案是从天然鳞片石墨出发， 将其在液相中剥离成石墨烯 。
据专家介绍， 为避免石墨烯的不可逆聚集， 液相剥离通常需要在特定溶剂中进行， 而溶剂对石墨烯的分散能力则限制了剥离的效率， 以致液相剥离很难在高浓度下进行 。 典型情况下石墨烯含量通常小于１ｍｇ／ｍＬ， 这意味着生产１ｋｇ石墨烯至少需要１吨的溶剂用量 。 此外， 石墨烯强烈的聚集倾向也使其难以存储、运输， 为后续应用提出挑战 。
如何克服这些难题？研究人员采用一种非稳定分散的策略， 通过在石墨烯表面引入极少量的可电离含氧官能团， 实现在极高浓度（５０ｍｇ／ｍＬ）下的快速、高产率剥离， 剥离产物９０％以上为单层石墨烯， 且晶格缺陷少 。 剥离过程中， 由于表面双电层被压缩， 石墨烯以絮凝方式析出形成沉淀， 后者即使浓缩至固含量很高的滤饼， 室温储存一月后， 仍可再次分散于水溶液中形成均匀稳定的石墨烯悬浮液， 从而有效解决石墨烯规模化应用中的储存和运输问题 。
此外， 该方法制备的石墨烯水相浆料表现出良好的流变特性， 可直接通过３Ｄ打印制备各种形状的石墨烯气凝胶， 从而为石墨烯在储能、环境治理、多功能复合材料等领域的应用开辟了新途径 。
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