科研人员实现高质量石墨烯高效率制备

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新华社中国证券网1月19日电从复旦大学获悉，复旦大学与新加坡国立大学的研究人员合作，通过在石墨烯表面引入少量可电离的含氧官能团，实现了水相高效制备高质量石墨烯，有利于加快石墨烯的大规模工业应用。相关成果最近在《自然之路通讯》上在线发布。

石墨烯是现有材料中厚度最薄、强度最高、导热性能最好的一种新型二维材料。它在智能设备、航空空航天、储能和环境治理等领域有着巨大的应用潜力，是一种重要的战略性新兴材料。

然而，如何实现高效、大规模制备高质量的石墨烯一直是制约其大规模应用的关键问题。理想的解决方案是在液相中将天然鳞片石墨剥离成石墨烯。

据专家介绍，为了避免石墨烯的不可逆聚集，液相剥离通常需要在特定的溶剂中进行，而溶剂对石墨烯的分散能力限制了剥离效率，使得在高浓度下难以进行液相剥离。通常，石墨烯含量通常低于1毫克/毫升，这意味着生产1千克石墨烯至少需要1吨溶剂。此外，石墨烯的强聚集倾向也使得其难以储存和运输，这给后续应用带来了挑战。

如何克服这些困难？研究人员采用了一种不稳定分散的策略，通过在石墨烯表面引入极少量的可电离的含氧官能团，在非常高的浓度(50毫克/毫升)下实现快速和高产率的剥离。90%以上的剥离产物是单层石墨烯，几乎没有晶格缺陷。在剥离过程中，由于表面双电层的压缩，石墨烯通过絮凝沉淀形成沉淀。后者即使浓缩成高固含量的滤饼，在室温下储存一个月后，仍可再次分散在水溶液中，形成均匀稳定的石墨烯悬浮液，有效解决了石墨烯大规模应用中的储存和运输问题。

此外，本发明制备的石墨烯水性浆料显示出良好的流变性能，可以通过3d打印直接制备各种形状的石墨烯气凝胶，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一条新途径。