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,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行制備。而氧化石墨的制備迄今已有150多年的歷史,無論是最早的Brodie方法(1859年),還是后來發(fā)展起來的Staudenmaier和Hummers方法,均是基于石墨與大量濃硝酸、濃硫酸、高錳酸鉀等復(fù)合強氧化劑的反應(yīng)來實現(xiàn),不僅存在爆炸的風(fēng)險,而且污染嚴重,反應(yīng)周期長。以目前最常用的Hummers方法為例,氧化劑由濃硫酸和高錳酸鉀構(gòu)成,其與石墨的典型物料比(質(zhì)量比)為40:3:1(濃硫酸:高錳酸鉀:石墨),反應(yīng)最終會產(chǎn)生超過1000質(zhì)量單位的酸性廢水。并且,高活性的Mn2O7中間產(chǎn)物在高溫下可能會發(fā)生爆炸,氧化反應(yīng)的完成需要數(shù)小時到上百小時。

近日,中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心先進炭材料研究部提出了一種電解水氧化的新方法,打破了150多年來通過強氧化劑對石墨進行氧化的傳統(tǒng)思路,實現(xiàn)了氧化石墨烯的安全、綠色、超快制備。

電解水氧化的新方法實現(xiàn)了氧化石墨烯的安全、綠色、超快制備

相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》上,相關(guān)技術(shù)已申請中國發(fā)明專利和PCT專利。該研究得到了科技部重點研發(fā)計劃,國家自然科學(xué)基金委杰出青年基金、重大項目、創(chuàng)新群體項目等的資助。

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