还原石墨烯

——

打印本文             

    石墨烯应用的一个关键挑战是大批量高质量石墨烯的制备。目前高质量石墨烯的主要制备方法有微机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、液相剥离法等方法。这些方法制备的石墨烯具有相对较完美的结构,一般也都表现出较优异的性能。但是在层数选择性、尺寸、成本,更主要的在规模生产上存在着一定的问题。如液相剥离法可以在一定程度上实现批量生产,但是很难获得层数及尺寸均一的单分散样品,微机械剥离量太微小,只能应用在实验室研究上;化学气相沉积法及外延生长法则成本相对较高,产量较低。这些制备方法目前还很难满足石墨烯大量应用的需求,石墨烯的批量生产技术依然是制约石墨烯应用发展的一个关键技术。

    氧化-还原法以其低廉的成本且容易实现规模化的优势成为制备石墨烯的最佳方法 ,而且可以制备稳定的石墨烯悬浮液,解决了石墨烯不易分散的问题。氧化-还原法是指将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨(氧化石墨烯),经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨) ,加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团,如羧基、环氧基和羟基,得到石墨烯。由于在石墨烯基片上引入了大量的含氧官能团,使得原本较为惰性的石墨烯变得异常活泼,基于这些含氧官能团的化学反应也因此丰富多样。通过这些含氧官能团,可以在石墨烯的表面接入许多具有特定功能的物质,比如生物分子、探针分子、高分子、甚至无机粒子等等,从而获得性质多样的氧化石墨烯基功能材料;另一方面氧化石墨烯的含氧官能团可以通过还原的方法进行去除,即氧化石墨烯的还原。还原后的氧化石墨烯虽然目前仍无法与原始石墨烯相比,但在导电性等性质上却有很大的提高。同时由于氧化石墨烯可以批量制备,且成本较低,如若能使这些氧化石墨烯还原到与原始石墨烯类似,则可以解决高质量石墨烯批量生产的难题。目前,还原石墨烯已在纳米复合材料、太阳能电池、传感器、半导体工业、器件等领域展现出较好的应用价值。

    氧化还原法是将石墨氧化得到在溶液中分散(超声分散、高速离心)的氧化石墨烯,再用还原剂还原制备石墨烯;其成本低、产率高,目前,是大量生产石墨烯的最佳途径之一。氧化-还原法唯一的缺点是制备的石墨烯存在一定的缺陷。氧化石墨烯由于sp2杂化结构被破坏,基本成了绝缘体,例如,五元环、七元环等拓扑缺陷或存在-OH基团的结构缺陷,这些导致了石墨烯部分电学性能的损失,但可以通过还原氧化石墨烯的方法促使兀电子结构体系部分恢复,从而来实现其电学性能的恢复。另外,氧化还原法得到的石墨烯溶液中石墨烯非常容易发生团聚现象,使得产品很多的性能与理论值有很大差距。因此,还原石墨烯的应用受到一些限制,但是这种制备方法简便且成本较低,不仅可以制备出大量石墨烯悬浮液,而且有利于制备石墨烯的衍生物,拓展了石墨烯的应用领域,是生产石墨烯的主流制备工艺。

    在化学氧化过程中残留的大量含氧官能团及拓扑缺陷导致了还原石墨烯质量下降。不断开发更加有效的还原方法,提高还原石墨烯的质量,一直都是全球石墨烯供应商主要工作重心和解决该问题的主要途径。通过不断探索,许多方法明显改进还原石墨烯的性能,所有开发还原氧化石墨烯方法的一个最直接的目标就是使还原石墨烯的性能达到与通过机械法剥离得到的原始石墨烯的水平。然而如何使还原石墨烯在性能接近或达到原始石墨烯的水平,还需要不懈的努力。

    我们根据客户不同使用要求,将不同的还原、修复方法组合运用,可以得到具有较好性能的还原石墨烯,在分步除去羰基、环氧及打开一些内酯环、脱水除去羟基,促使大部分sp3杂化碳原子转化成sp2杂化碳原子,恢复石墨烯的平面结构,使其电学性能明显提高,利用热处理过程可控气体实现氧化石墨的还原以其高温去除残留的部分羧基方面做了大量工作,还原石墨烯的电学性能、导热性能优于国内外同行。产能也已经达到每天单班200kg的的水平。

    产品主要应用领域:导电、防腐涂料、导电油墨、超润滑添加剂、超级电容器、锂离子电池、复合材料等等。



产品中心FOCUS ON WEB DESIGN BRAND POSITIONING HELP YOU REALIZE THE VALUE OF INTERNET BRAND

专注高端 精准定位 用心服务 帮您实现品牌价值

——