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西安交大:电化学双电极法可大规模生产高质量石墨烯

作者:原创   发布时间: 2021/5/27 7:02:59

 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。

西安交大:电化学双电极法可大规模生产高质量石墨烯

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。

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