打破傳統(tǒng)思路 綠色制備氧化石墨烯

氧化石墨烯是一種重要的石墨烯衍生物,最初主要作為宏量制備石墨烯的前驅(qū)體,近年來由于其不同于石墨烯的諸多獨(dú)特物理化學(xué)性質(zhì)和廣闊應(yīng)用前景而越來越受到人們的重視。由于存在大量的含氧官能團(tuán),氧化石墨烯在水中具有良好的分散性,且易于組裝和功能化,因此廣泛用于制備多功能分離膜、高導(dǎo)高強(qiáng)纖維、超輕超彈性氣凝膠等多種功能材料,并且在電化學(xué)儲(chǔ)能、催化、生物醫(yī)藥、復(fù)合材料等方面表現(xiàn)出良好應(yīng)用前景。

目前,氧化石墨烯主要是通過剝離氧化石墨來進(jìn)行制備。近日,中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國(guó)家研究中心先進(jìn)炭材料研究部提出了一種電解水氧化的新方法,打破了150多年來通過強(qiáng)氧化劑對(duì)石墨進(jìn)行氧化的傳統(tǒng)思路,實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯的安全、綠色、超快制備。

該方法首先在濃硫酸中將石墨插層,然后在稀硫酸中對(duì)插層石墨進(jìn)行氧化。氧同位素示蹤和自由基捕獲實(shí)驗(yàn)表明,氧化石墨烯中的氧元素主要來源于電解液中的水,電解水產(chǎn)生的大量高活性氧自由基與石墨反應(yīng)生成了氧化石墨烯。反應(yīng)中硫酸幾乎沒有損耗,也不生成其它物質(zhì),可被重復(fù)用于電化學(xué)反應(yīng)。研究還發(fā)現(xiàn),電解水氧化制備氧化石墨烯的氧化速率比現(xiàn)有方法快100倍以上,而所得材料與現(xiàn)有方法類似,并且易于連續(xù)化制備。該方法有效解決了氧化石墨烯制備長(zhǎng)期面臨的爆炸危險(xiǎn)、環(huán)境污染及反應(yīng)周期長(zhǎng)的問題,有望大幅降低制備成本,促進(jìn)氧化石墨烯的工業(yè)化應(yīng)用。

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