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      石墨烯納米片合成的改進(jìn)方法

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      發(fā)布時間:2016-8-3 10:52:07

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      sp2雜化的碳原子可看作是構(gòu)建碳素材料的基本單元,如石墨(2D)、納米碳管(1D)、石墨烯(0D)等。自從2004年*報道以來,石墨烯所呈現(xiàn)出的獨特性質(zhì),如高的比表面積(2630m2/g)、無可比擬的機(jī)械性能(楊氏模量:~1100GPa;斷裂強(qiáng)度:125GPa),超乎尋常的熱導(dǎo)率(~5000W/(m·K)),以及出色的電學(xué)性能,有望應(yīng)用于納米電子器件、復(fù)合材料、氣敏傳感器、太陽能電池以及藥物輸運等領(lǐng)域。近年來,石墨烯作為電化學(xué)電極材料應(yīng)用于超級電容器的研究受到關(guān)注,石墨烯有望取代傳統(tǒng)的活性碳材料在電化學(xué)領(lǐng)域的獲得廣泛應(yīng)用。
      石墨烯的制備工藝是實現(xiàn)其工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。目前石墨烯主要采用四種不同的方法制備:微加工剝離的方法、化學(xué)氣相沉積(CVD)、外延生長和化學(xué)還原的方法。其中,化學(xué)還原方法以其工藝過程簡單、制備成本低、易于實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用,而備受業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。采用化學(xué)還原方制備石墨烯是先將氧化石墨烯在合適的溶劑(通常是水,或者一些極性有機(jī)溶劑)中剝離,隨后用水合肼作為還原劑將剝離后的單層氧化石墨烯還原。但是水合肼毒性高、易爆炸,限制了其在石墨烯大規(guī)模工業(yè)化中的應(yīng)用。因此,尋找新的還原劑來替代水合肼成為化學(xué)還原方法制備石墨烯的關(guān)鍵。
      近年來,人們已嘗試多種還原劑來制備石墨烯,如還原性糖類(葡萄糖)、維生素C、還原性單質(zhì)(鐵粉)以及硼氫化鈉等。這些還原劑為石墨烯的環(huán)境友好合成提供了可能。然而,上述方法存在還原反應(yīng)時間長,操作過程繁瑣等難題,仍難以滿足人們對石墨烯的現(xiàn)實需要,因此很有必要嘗試新的還原劑來制備石墨烯。
      以硫代氨基脲(CH5N3S)為還原劑,通過還原氧化石墨(GO)制備出了石墨烯納米片(GNS)。所制備的GNS具有良好的結(jié)晶狀態(tài),厚度約為0.64nm,并且在水溶液中具有較好的分散性。制備GNS納米片在3mol/LKOH電解質(zhì)溶液中的比電容量為75F/g。而且以硫代氨基脲(CH5N3S)為還原劑所制備的GNS納米片顯示出了良好的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性。該制備方法簡單易行,所制備的石墨烯納米片有望應(yīng)用于超級電容器電極材料。

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