破百年沉寂 我国氧化石墨烯实现绿色制备

2018-01-12 15:25:30 来源: 中国科技网-科技日报 作者:

破百年沉寂 我国氧化石墨烯实现绿色制备

科技日报讯(记者 郝晓明)氧化石墨烯是一种重要的石墨烯衍生物,最初主要作为宏量制备石墨烯的前驱体。近年来,随着其不同于石墨烯的诸多独特物理化学性质和广阔应用前景,越来越受到人们的重视。但是,因其制备存在爆炸的风险、污染严重、反应周期长等因素,成为其产业化发展的瓶颈。

日前,由中国科学院金属研究所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制备方法,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。该成果于1月10日在Nature Communications上在线发表。

氧化石墨烯由于存在大量的含氧官能团,在水中具有良好的分散性,且易于组装和功能化,因此已被广泛用于制备多功能分离膜、高导高强纤维、超轻超弹性气凝胶等多种功能材料,并且在电化学储能、催化、生物医药、复合材料等方面表现出良好应用前景。

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,都是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、产生酸性废水,而且完成氧化反应需要数小时甚至到逾百小时。

而中科院金属研究所的制备方法则是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。反应过程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。

据  介绍,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。据悉,相关技术已申请中国发明专利和PCT专利,并已成功进行技术交易。

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责任编辑:朱彤
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