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氧化石墨烯的绿色制备研究取得重要进展

http://www.coatings.hc360.com2018年01月17日10:38 来源:石墨烯联盟 T|T

    慧聪涂料网讯:目前,氧化石墨烯主要是通过剥离氧化石墨来进行制备。而氧化石墨的制备迄今已有150多年的历史,无论是最早的Brodie方法(1859年),还是后来发展起来的Staudenmaier和Hummers方法,均基于石墨与大量浓硝酸、浓硫酸、高锰酸钾等复合强氧化剂的反应来实现,不仅存在爆炸的风险,而且污染严重,反应周期长。以目前最常用的Hummers方法为例,氧化剂由浓硫酸和高锰酸钾构成,其与石墨的典型物料比(质量比)为40:3:1(浓硫酸:高锰酸钾:石墨),反应最终会产生超过1000质量单位的酸性废水。并且,高活性的Mn2O7中间产物在高温下可能会发生爆炸,而氧化反应的完成需要数小时到上百小时。

    最近,沈阳材料科学国家研究中心先进炭材料研究部提出了一种电解水氧化的新方法,打破了150多年来通过强氧化剂对石墨进行氧化的传统思路,实现了氧化石墨烯的安全、绿色、超快制备。该方法首先在浓硫酸中将石墨插层,然后在稀硫酸中对插层石墨进行氧化。氧同位素示踪和自由基捕获实验表明,氧化石墨烯中的氧元素主要来源于电解液中的水,电解水产生的大量高活性氧自由基与石墨反应生成了氧化石墨烯。反应中硫酸几乎没有损耗,也不生成其它物质,可被重复用于电化学反应。研究还发现,电解水氧化制备氧化石墨烯的氧化速率比现有方法快100倍以上,而所得材料与现有方法类似,并且易于连续化制备。

氧化石墨烯的绿色制备研究取得重要进展

氧化石墨烯的绿色制备研究取得重要进展

    该方法有效解决了氧化石墨烯制备长期面临的爆炸危险、环境污染及反应周期长的问题,有望大幅降低制备成本,有利于氧化石墨烯的工业化应用。

    该成果得到了科技部重点研发计划,国家自然科学基金委杰出青年基金、重大项目、创新群体等的资助,于1月10日在Nature Communications上在线发表(Nature Communications,9:145,doi:10.1038/s41467-017-02479-z,2018)。相关技术已申请中国发明专利和PCT专利,并已转让成立了深圳烯材科技有限公司。

责任编辑:李双1

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