新能源技術-液相剝離石墨制備石墨烯

更新時間：2021-06-19 | 點擊率：3286

液相剝離法可以將石墨分散到特定的溶劑或表面活性劑中，通過超聲波的能量將單層或多層石墨稀從石墨表面直接剝離，得到石墨烯分散液，保持了石墨烯完整的形貌和性能，可在多種環境和不同的基體上沉積石墨烯。該法使用廉價的石墨為原料，工藝簡單，對石墨烯及其衍生物的推廣和應有具有重要的推動作用。迄今為止，石墨烯的合成制備方法主要分為兩種，一種是“自上而下”的合成方法，如化學氧化還原法等；另一種是“自下而上”的合成方法，如化學氣相沉淀法等。每種方法都有各自的優點和缺點，如化學氧化還原法雖可實現宏量制備，但由于氧化引起的缺陷無法*恢復，影響其導電性能。化學氣相沉淀法制備的石墨烯質量較高，但條件比較苛刻，成本較高，不適合規模化生產。

液相剝離法可以將石墨分散到特定的溶劑或表面活性劑中，通過超聲波的能量將單層或多層石墨稀從石墨表面直接剝離，得到石墨烯分散液，保持了石墨烯完整的形貌和性能，可在多種環境和不同的基體上沉積石墨烯。該法使用廉價的石墨為原料，工藝簡單，對石墨烯及其衍生物的推廣和應有具有重要的推動作用。

1 液相剝離機理

石墨可以看做是石墨烯層狀結構通過范德華力相互粘結起來的，層間距大約為0.34nm。雖然相鄰層間的范德華吸引力較弱，但足以使石墨完整剝離成單層石墨烯具有挑戰性。通過物理和化學輔助手段克服層間的范德華力，從而使石墨剝離得到石墨烯。

2 超臨界流體剝離

超臨界液體剝離石墨烯速率較快，用于超臨界液體剝離石墨制備石墨烯是超臨界CO2，但是AFM表明所得石墨烯多數為１０層。

利用ＮＭＰ、二甲基甲酰胺、乙醇等有機溶劑的超臨界液體來剝離石墨烯，得到更好的剝離效果。石墨烯分散液的濃度在2-4mg／mL之間，其中90％-95％石墨烯片層材料＜８層，６％～１０％為單層石墨烯。在表面活性劑芘-１-鹽的輔助作用下，單層石墨烯的含量可提高到60％。

這種方法工藝比較簡單、剝離速率快，不需要后續復雜的處理過程，適宜規模化生產。

3 小結

石墨烯及其復合材料的許多應用依賴于石墨烯的宏量可控制備。液相剝離的石墨是一種潛在量化生產高質量石墨烯的方法。有機溶劑輔助剝離和表面活性劑輔助剝離主要依靠使用適當的溶劑或表面活性劑剝離和分散石墨烯。為了提高石墨烯產量和剝離的程度，科學工作者付出了很多努力，但是單層石墨烯的產量依然相對較低。因此，針對不同的應用開發更有效的剝離體系或新剝離方法實現宏量可控制備高質量的石墨烯仍至關重要。

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