高品质石墨烯水性分散液的绿色制备技术

发布日期：

2022-10-21

　　石墨烯以其优异的物理化学特性，在过去十年中得到了广泛的研究，并在相关应用领域形成了毁灭性的技术突破。目前，高质量石墨烯水性分散液制造仍然是限制研究和应用的关键因素，尤其是以绿色化工技术实现高质量石墨烯水性分散液制造是关键。

　　石墨烯以其优异的物理化学特性，在过去十年中得到了广泛的研究，并在相关应用领域形成了毁灭性的技术突破。目前，高质量石墨烯水性分散液制造仍然是限制研究和应用的关键因素，尤其是以绿色化工技术实现高质量石墨烯水性分散液制造是关键。

　　最近，研究小组开发了新型高质量石墨烯水性分散液的绿色制备技术，用电化学分离法制备了表面亲水性修饰的石墨烯层，并进一步制备了聚多巴胺-石墨烯复合膜作为微超级电容器的电极材料。高质量石墨分散液的绿色制备技术过程如图1所示，将电化学分离预处理的石墨层分散成石墨分散液，进一步沉积聚多巴胺，形成功能化石墨层。制备的石墨烯分散液具有稳定性好、稳定的胶体特征。

　　石墨电化学剥离法制备高质量石墨烯水性分散液

　　用这种新的绿色化工技术制作的石墨烯纳米芯片的光谱和形态表征如图2所示。C1s光谱的高分辨率XPS结果表明，电化学剥离石墨烯表面是在少量氧化状态下，即电化学剥离过程中引入羧基和羟基的。剥石墨烯的氧气量仅为12%，低于氧化石墨烯(31%)和热还原氧化石墨烯(14%)。双层石墨烯层的拉曼光谱(532 nm激光刺激)结果显示，剥离石墨烯的2D峰值和G峰值比率为0.7.使用AFM表征分散在SiO2基底上的石墨烯层，据了解，大多数切片厚度不到3 nm，其中约60%的厚度为1~2 nm。用该技术制作的石墨烯层主要由双层石墨烯组成。可以从透射电子显微镜的检测图像中确认这一结果，同时选区电子回节制表明双层石墨烯的结晶度较高。

　　石墨烯层的光谱和形态特征

　　用这种新型绿色化工技术制造的石墨烯纳米芯片具有良好的电学性能，高频(Terahetz)电导率测量电荷载流子迁移率可达到1000 cm-2 V-1s-1.这种亲水性好的高质量石墨烯层可用于实现多种功能化材料的制备。在石墨烯层中装载适量的聚多巴胺后，电荷携带者迁移率仅为20%，但基于聚多巴胺-石墨烯复合薄膜电极的微超级电容器如图3所示，表现出了优异的电化学性能。基于聚多巴胺-石墨烯的微型电容器的体积容量达到340 F cm-3.功率密度达到1000 W cm-3.这一结果优于最近报道的大多数基于石墨烯的微超级电容器。综上所述，这种高质量石墨烯分散液的绿色制备技术具有很高的应用潜力，预计将在储能应用领域作为平台材料开发更多的应用。

推荐新闻