一種簡單快速規模化制備石墨烯塊及其功能化材料的方法

劉忠范(北京大學化學與分子工程學院，北京大學納米化學研究中心，北京100871)

一種簡單快速規模化制備石墨烯塊及其功能化材料的方法

劉忠范
(北京大學化學與分子工程學院，北京大學納米化學研究中心，北京100871)

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石墨烯由于其高的比較表面積，優異的電學、力學、機械等性能受到廣泛關注1。要實現其在生產生活中的應用，需要找到簡單快速的大規模制備石墨烯的方法。化學氧化還原途徑是目前大規模制備石墨烯的重要方法，但是常規的化學還原過程往往會引入各種化學試劑2，耗時且處理步驟較為繁瑣，若要功能化(例如摻雜、復雜金屬/金屬氧化物等3,4)以滿足不同的應用需求則還需要更多反應過程。

北京理工大學曲良體研究組利用激光引發氧化石墨烯凝膠自發還原反應的方法，成功實現了無溶劑快速還原制備石墨烯塊體及其功能材料。這項研究成果已在Advanced Materials在線發表5。該簡單方法只需要使用一束光(例如激光筆發出的激光或聚焦的太陽光)照射在氧化石墨烯凝膠表面，被照射區域的氧化石墨烯會快速還原成石墨烯，其釋放的反應熱能誘使未被光照射到的部分也自發還原(圖1)，直到整個凝膠被全部還原為石墨烯。這個過程非常迅速，一個5 cm3的凝膠還原只需約40 ms。并且氧化石墨烯凝膠內部可以引入各種前驅體，還原的同時制備出N、S、P等單摻雜或者雙摻雜的石墨烯，以及金屬、金屬氧化物負載的石墨烯材料。在超級電容器、鋰離子電池、燃料電池等方面將有重要應用前景。此項研究表明，激光等照射能夠引發氧化石墨烯凝膠自發的快速的還原反應，基于此簡單方法能夠有效制備多種功能化的大塊石墨烯材料。

圖1　激光引發氧化石墨烯凝膠自發還原反應示意圖

References

(1)Novoselov,K.S.;Geim,A.K.;Morozov,S.V.;Jiang,D.; Zhang,Y.;Dubonos,S.V.;Grigorieva,I.V.;Firsov,A.A. Science 2004,306,666.doi:10.1126/science.1102896

(2)Huang,X.;Qi,X.Y.;Boey,F.;Zhang,H.Chem.Soc.Rev.2012, 41,666.doi:10.1039/C1CS15078B

(3)Sun,Y.Q.;Wu,Q.;Shi,G.Q.Energy Environ.Sci.2011,4, 1113.doi:10.1039/c0ee00683a

(4)Huang,X.;Yin,Z.Y.;Wu,S.X.;Qi,X.Y.;He,Q.Y.;Zhang,Q. C.;Yan,Q.Y.;Boey,F.;Zhang,H.Small 2011,7,1876. doi:10.1002/smll.201002009

(5)Cheng,H.H.;Ye,M.H.;Zhao,F.;Hu,C.G.;Zhao,Y.;Liang, Y.;Chen,N.;Chen,S.L.;Qu,L.T.Adv.Mater.2016, doi:10.1002/adma.201505431

10.3866/PKU.WHXB201603151