电化学法绿色快捷制备石墨烯及其复合材料.pdf
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2 O l 5年 7月 第 2 6卷 第 4 期 化学 CHEM I CAL 研究 RESEARCH 331 h t t p: h x y a e b p t c n k i n e t 电化学法绿色快捷制备石墨烯及其 复合材料 李孟赫, 来庆学, 梁彦瑜 ( 南京航空航 天大学 材料科学与技术学院 , 江苏 南京 2 1 1 1 0 6 ) 摘要 :石墨烯及其复合材料具有 优异的物理和 化学性 能 , 在电子 、 能源 、 催化 、 医药以及生 物传感 等领域 应用 潜能 巨大 , 因此探究高质量 、 高产量 和规模化 的制备方法对石墨烯基复合材料未来 的开发 和应用至关重要电化 学法是一种有望 实现绿色规模化制备 石墨烯 及其复合材料 的方法 , 本文作者综述了 国内外电化学制备 石墨烯及 其 复合 材料的主要方法 : 阳极氧化 、 阴极还原 、 电化学还原 、 离子液体功 能化 、 电沉积 、 电聚合 等 , 并对其 反应原理 和主要影响因素进行 了详 细的分析和介绍 , 最 后对其应用前景进行 了深度 的展望 关键 词 : 石墨烯 ; 复合材料 ; 电化学方法 ; 绿色快捷制备与应用 中图分类号 : 06 1 3 7 1 ; O6 1 1 4 文献标 志码 : A 文章编号 : 1 0 0 8 1 0 1 1 ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 3 3 1 1 2 Gr e e n a n d f a s t e l e c t r o c h e mi c a l p r e pa r a t i o n o f g r a ph e ne a n d g r a ph e n e b a s e d c o mp o s i t e m a t e r i a l s L I Me n g h e ,L AI Qi n g x u e ,L I ANG Ya n y u ( C o l l e g e o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ,Na n j i n g Un i v e r s i t y o f Ae r o n a u t i c s a n d As t r o n a u t i c s Na n j i n g 2 1 11 0 6,Ji a n gs u ,C hi n a) Ab s t r a c t :Gr a phe ne a n d g r a phe n e ba s e d c ompo s i t e ma t e r i a l s ha v e h ug e p ot e nt i a l a pp l i c a t i o ns i n t h e f i e l d s of e l e c t r o ni c s , e n e r gy, c a t a l y s i s , m e d i c i ne, a nd bi o s e ns i ng du e t o t he i r e x c e l l e nt p h y s i c a l a n d c h e mi c a l p r o p e r t i e s S o t h e d e v e l o p me n t o f a me t h o d t o o b t a i n g r a p h e n e b a s e d c ompo s i t e ma t e r i a l s wi t h hi gh qu a l i t y,h i gh y i e l d a nd l a r g e s c a l e i s c r uc i a l f or t he i nve s t i g a t i o n a n d a p p l i c a t i o n o f t h e m i n t h e f u t u r e Th e e l e c t r o c h e mi c a l me t h o d wh i c h i s g r e e n a n d f a s t i s e x pe c t e d t o be ut i l i z e d H e r e i n, we s y s t e m a t i c a l l y s umm a r i z e t he e l e c t r o c he mi c a l p r e pa r a t i o n m e t ho ds a bo ut gr a p he n e a nd gr a phe n e b a s e d c o m p os i t e m a t e r i a l s i nc l u di n g a n o di c o xi d a t i on, c a t h od i c r e du c t i on,e l e e t r o c he m i c a 1 r e d uc t i o n,i on i c l i q ui d f un c t i o na l i z a t i on,e l e c t r o d e p os i t i o n, e l e c t r o c he m i c a l p o l y m e r i z a t i o n a nd S O o nThe n we e v a l u a t e t he i nf l u e nc e f a c t or s a nd s t ud y t he s yn t he s i s m e c ha n i s m s Fi na l l y, t h e p r os p e c t f or t h e a p pl i c a t i ons o f gr a p he n e a n d g r a ph e ne b a s e d c o m p os i t e m a t e r i a l s i s dr a wn Ke y wo r d s :gr a phe n e;c ompo s i t e m a t e r i a l s;e l e c t r o c he mi c a l me t h od s;g r e e n a nd f a s t s y nt h e s i s a nd a p pl i c a t i o ns 收稿 日期 : 2 O l 5 0 4 2 6 基金项 目: 国家 自然科学基金项 目( 2 1 2 7 3 1 1 4 ) , 江苏省 自然科 学基金 ( B K2 0 1 2 7 9 1) , 中 央高 校基本科 研业务 费 ( 3 0 8 2 0 1 2 NS 2 0 1 2 0 5 3 , NE2 0 1 5 0 0 3 ) , 江 苏省 “ 六大人 才高 峰” 高层 次人才 项 目( 2 0 1 3 - X NY一 0 1 0 ) 和江苏 高校 优势 学 科建设工程资 助项 目 作者简介 : 李孟赫 ( 1 9 9 2 一) , 女 , 硕士生 , 研 究方向为化 学电源与电极 材料 通讯联系人 , E ma i l :l i a n g y y 4 0 3 1 2 6 c o rn 2 0 0 4年 , N0 VOS E L OV 等 采 用 微 机 械剥 离法 首次制 得石 墨 烯 ( g r a p h e n e , GN) 薄 片L 】 , 继 而 又制 备 出可在外 界环境 中稳定存 在的单层 GN , 自此 推 开 了二维 纳米 材 料 领域 的大 f - j , 引起 了科学 界 的 广泛 关注 G N 因碳 原 子 以六元 环 形式 周 期 性 排列 于 二 维 平 面内形成 蜂窝 状 结 构 而具 有 诸 多 独 特 的性 质 , 例 如高 导 电性l 3 ( 电子 迁 移 率 高 达 1 5 0 0 0 c m V D O I :1 0 1 4 0 0 2 j h x y a 2 0 1 5 0 4 , 0 0 1 l 化 学研究 , 2 0 1 5 , 2 6 ( 4 ) : 3 3 1 3 4 2 3 3 2 化学研究 S ) 、 优 异 的机械 性 能 ( 1 0 6 0 G P a ) E 4 J 和导 热性 能 ( 3 0 0 0 W m K ) 以及 超 大 的 比表 面 积 ( 2 6 0 0 1T I 。 g ) E s 3 等, 在信息 、 材料、 电子 、 储能 以及生物 医药 等领域 具有 广泛 的应 用前 景 s - 1 1 将 G N 引入 特定的聚合物或无机纳米材料 中能够形成多功能化 的石 墨烯 聚 合 物 。 和 石 墨 烯 无 机 纳 米 复 合 材 料 】 GN 的引入 不仅 可 以显 著改 善 原材 料 的物 理化学性能, 赋予材料优异的加工特性 , 并且 G N 与 聚合物或无机纳米材料之间的相互作用还能使复合 材料在光学及催化等领域产生新 的功能 , 极大地拓 宽 了石 墨烯 基纳 米材 料 的应用 范 围 目前关于石墨烯及其复合材料的课题已经成为 科 学界 最前 沿 的研究 方 向之一 , 如何 实 现大 规模 、 低 成本 、 快速制备是制约其迅速发展 的瓶 颈 起 初人 们 通 过微 机 械 剥 离 法_ 1 实现 GN 的制 备 与 应 用 , 随着科 技 的 进 步 , 又 相 继 开 发 出 化 学 气 相 沉 积 法 ( C VD) 2 9 - 3 4 、 S i C外延 生 长 法 3 。 _ 3 9 、 溶 剂 直 接 剥 离 法 、 溶剂 热 法 4 以及 氧 化石 墨还 原 法 “ 等 多 种制 备方 法 其 中 , 机 械 剥 离 法 和溶 剂 直 接 剥 离 法 的产 量小 , 难 以 实 现 大 规 模 生 产 ; C VD 法 和 S i C 外 延生 长法 的操 作 工 艺 复 杂 ; 溶 剂 热 法对 实 验 的设 备 及条 件要 求苛 刻 ; 氧 化 石 墨 还原 法在 一 定 程 度 上 会污染环境 , 且合成的 GN在结构上存在大量缺陷 , 减弱其 电化学性能传统制备方法存在 的上述诸 多 缺 点 不 利 于 石 墨 烯 及 其 复 合 材 料 的 大 规 模 生 产 5 0 因此 , 开发一种简单 、 快速 、 绿色和规模化 的制 备方 法成 为近几 年 石墨烯 基 纳米 材料 领域 的研 究 热 点之一 2 0 0 8年 , 东 北 师 范大 学 的 I I U 等 嵋首 次 采 用 电化学还原 的方法在离子液体( i o n i c l i q u i d , I I ) 和 水 的混合 溶液 中电解剥 离石 墨 , 得到 了 因 I L功能 化 而分 散 性 更 好 的 GN2 0 0 9年 , 南 京 大 学 的 G UO 等 首 次 在玻 碳 电极 表 面直 接 对 氧化 石 墨进 行 恒 电位还原 , 制得含氧基团很少的高品质 G N, 进一步 证 明 了电化 学 法在 制 备 GN 方 面独 特 的优 势 近 年 来 , 电化 学法 在石 墨 烯 及 其 复合 材 料 的制 备 与应 用 方 面不 断取得 新 的 突破 , 因此 有 必 要 对 基 于 电化 学 制备石墨烯及其复合材料 的方法、 原理和 主要的影 响 因素 等进 行综 合评 述 1 电化 学法制备石墨烯 电化学 制备 G N 的方 法 可 以分 为 阳极 氧 化 法 、 阴极 还 原法 和 电化 学还 原 法 , 这 3种 方法 的实 验 装 置 和原 理大 致相 同 一 个 典 型 的实 验 装 置 由一 个 石 墨T作 电极 、 一 个石 墨辅 助 电极 、 充 当电解 质 的水 溶 液 ( 酸或 表 面活性 剂 ) 或 非 水 溶 液 ( 有 机 溶 剂 或 离 子 液 体) 以及一 台可 以提 供 恒 定 电压 的直 流 稳 压 电源 或者 电化学工作站组成E 5 o 3 在使用该 实验装置 时, 首先 在 电极 两端施 加 一个恒 定 的直 流 电压形 成定 向 的电场 , 在 电场力的作用下 电解液解离 出阳离子和 阴离 子 , 并 且 分别 向 阴极和 阳极 移动 , 然后 在石 墨 分 子与阴阳离子之间形成的相互作用力下插入石墨片 层 , 促使片层间距增大 , 从而减弱层间作用力 , 破坏 层 间结构使其 膨胀 变形 , 最后 被层 层剥 离 下来 的 GN脱离电极进入电解液中悬浮或沉淀下来 1 1阳 极氧化 法 阳极 氧化 是 电化学 制备 ON 比较 常用 的一 种 方 法 该法 通过 控制 施 加 的 电位 促使 电解 质 解 离 的 阴 离 子 嵌 入 阳极 石 墨 层 间 插 层 、 氧化 剥 落 片 层 GN 2 0 0 9 年 , 澳 大 利 亚 卧 龙 岗 大 学 的 w ANG 等口 以 0 0 0 1 mo l L的聚苯 乙烯 磺 酸钠溶 液 为 电解质 , 在 5 V 的恒电压下 电解石墨棒 在 电场的作用下 , 阳极 的石 墨分 子 与聚苯 乙烯 磺酸 根 离子 的芳香 环之 间形 成 的离域 兀键 加 速 了聚 苯 乙烯 磺 酸 根 离 子 的嵌 入 插 层 过程 , 促 使 石 墨 片层 剥 落 到 电解 液 中 最 后 收 集到的粉末 状固体经 F E S E M、 TE M、 AF M 测试 等 证 明是 单 层 GN 和 多层 GN 薄片 , 拉 曼 测 试 其 , I 。 值 小于 l , 这些 结 果 说 明 阳 极 氧 化 法 可 以 成 功 地 制备 GN, 并 且 所 制 备 的 GN 结 构 有 序 、 缺 陷较 少 , 产率 能达 到 1 5 ( 质 量 分 数 , 下 同 ) , 远 远 超 过 微 机 械剥 离法 的 产率 随后 , 台湾 中央研 究 院 的 S U 与 国 立 清华 大学 的 C HE N 等 q改 进 了这 一 方 法 他 们 将石 墨 片附 着 在 钨 丝 上 作 为 阳极 , P t 丝 作 为 阴极 , 在硫 酸 和 KOH 的混合 溶液 、 一 1 0 1 0 V 的 电压 下 电解 , 十几分钟后 收集剥落 的产物得到产 率为 5 4 8 的 GN 测 试 发 现 这 些 极 薄 的 GN 片 可 以 在 N,N 一 二 甲基 甲酰 胺 ( DMF ) 中 均匀 分 散 , 透 光 率 能 够 达到 9 6 , 电阻 值 小 于 1 k Q s q , 证 明 了 阳极 氧 化制 备 的 GN 在 分 散 程度 、 光 学性 能 和 电学 性 能 等 方面 比化 学 氧 化 还 原 法 更 加 优 越 然 后 , 他 们 又 用 上述 低 电阻 的 GN 材料 制备 了柔 性透 明 的薄膜 电 极 , 该 电极具 有 制备 成 本 低 , 电 阻小 等 优 点 , 有 望 取 代铟锡氧化物成为理想的导体材料 阳极 氧 化 的 反应 主 要 集 中在 阳极 发 生 , 在 反应 过 程 中 , 电极 两端 施加 电压 的大 小 对 GN 的形 成 和 品质 的好坏 起着 决 定性 作 用 加 载 的 电压 过 高会 导 致 副 反应 发生 , 生成 大 量 O 和 C O。 ; 电压 过 低 会减 慢反应速率 甚至 中止反应 , 降低反应效率台湾 国 立交通大学的 C HE N等_ 5 在 电解氨水制备 GN的 过程 中发 现改 变 电压 的大小 会使 产 物表 现 出不 同程 D 0 I :1 0 1 4 0 0 2 j h x y a 2 0 1 5 0 4 0 0 1 j 化学研究 ,2 O 1 5 , 2 6 ( 4 ) : 3 3 1 3 4 2 第 4 期 李孟赫 等 : 电化学法 绿色快捷制备石墨烯及其复合材料 3 3 度 的 氧 化 , 施 加 的 电压 越 高 GN 的 氧 化 越 严 重 另 一 方 面 , 使 用不 同种 类 的 电解 液也 会 导致 产 物 结 构 上 的差异 9 0年代末期 , 人们在电解高定向热解 石墨 ( HOP G) 时发 现 电解 质 中 的酸 性 阴离 子在 电解 过程 中会 发 生水 解 反 应 和 电 化学 氧 化 反应 , 在 电 极 附近 产生 大 量 的气 泡 L 5 , 同 时 在 HOP G 的表 面 生成 羧基 、 羰 基 和羟 基等 众 多含 氧官 能 团 , 导致 石 墨 表面亲水性增强 , 促使剥落 的石墨氧化物在去离 子水 中均匀分散 此外 , S U等 也发现使用硫酸作 为电解质会造成石墨表面 的过度氧化 , 制备 出带有 大 量缺 陷 的 GO薄 片 , 这 些 缺 陷严 重 破坏 了 GN 的 s p 结构 , 导致 GN 的电阻变大 ; 低 浓度 的高氯酸 同 样 被发 现会 造 成石 墨 的过度 氧 化进 而发 生 明显 的副 反应 , 如生成 C 0。 气体和水的电解 。 妇 等 综 上 所 述 , 我 们 发 现 阳极 氧化 法 和 液 相剥 离 法 的原理较为相似 液相剥离法首先利用超声波的空 化 作 用破 坏石 墨 的层 间 作用 力 , 然后 与 石 墨分 子 的 表 面 能相 匹配 的溶 剂 分子 会插 入 石墨层 间从而 层层 剥离出 G N; 而 阳极氧化法则利用 电场力作为动力 剥离 GN, 不仅保 留了液相剥离法制备成本低 、 操作 简单 、 产物品质好等优点 , 还明显改善了诸如产率不 高、 片层团聚严重等缺陷 但是 , 阳极氧化法受实验 条件 的约 束 较大 , 一 点 微 小 的 区别 也 会 产 生 巨 大 的 差 异 , 所 以在 实验 过 程 中需 要 严 格 控 制 电压 的 大小 和 电解液 的种 类 等参 数 , 以便 取得 最好 的效果 1 2阴 极还 原法 阴极 还原 法 是 一 种 能 够 制备 纯净 GN 的方 法 , 它 的原理 与 阳极 氧 化 法 类 似 , 两 者 都 是 在 电 场力 的 作用下电解剥离石墨 , 它们 的主要 区别在于使石墨 膨胀 的气体和插层离子 的种类不同图 1是 阳极氧 化 法 和 阴极 还原 法 的反应 机理 对 比示 意 图 5 当 阳 极氧化时 O 促使阳极膨胀 , 电解质解离的阴离子嵌 入 石 墨层 间插 层 ; 当 阴极 还 原 时 H 促 使 阴极 膨 胀 , 电解 质解 离 的 阳 离 子 嵌入 石 墨 层 间 插 层 2 0 1 1年 , 新 加 坡 国立 大学 的 MANGA 等 l_ 6 提 出 了一 种 能够 在不 经过 任何 氧 化过 程或 者使 用 强酸 的情 况下 剥 落 石 墨制备高纯 G N 的方法 他们在 L i 碳酸丙烯酯 的混 合 电解液 、 高 电流 密 度 和 超 声 的 条 件 下 电解 阴 极 石 墨制 备 出分散 性 更好 的多层 GN( 平 均 厚 度 5 层 ) , 产率高达 7 O , 远高于其 他的制备方法2 0 1 2 年 , 西班 牙 巴塞 罗 那 的 AL ANYAI I OGI U 等 _ 6 报 道 了一种 改进 的制 备 方 法 , 他 们 选 用 0 1 mo l I 的 十二烷基磺酸钠 ( S D S ) 作 为电解 液电解石墨棒 , 结 果 发 现 当石 墨棒 的极 性 为正 时 , S DS嵌 入石 墨层 间 并 氧化 , 当石 墨棒 的极 性转 为 负时 , 氧化 石 墨被 还原 并剥落下来形成稳定 的 GN S D S悬浮液 最 近, 英 国曼彻斯 特大学 的 C OO P E R等l_ 6 分 别 以 HOP G 和 石墨棒 为 阴极进 行 电解还原 后 发现 两者所 制备 的 GN具 有 轻 微 的差 别 与 HOP G 相 比 , 石 墨 棒 在 尺 寸 方面更 适 合作 为 电极 ; 而 HOP G 由于高 度 的晶体 取 向性 , 在 电解后 还 需 要 超声 等 二 次 处 理 才能 得 到 均 匀 的 GN 分散 液 9 啼 - p- o on 埘 ( h i 引缸m An o d i c e xp a n s i o n of g rap h i t e 胁c t e mi 血 ; m e x州l l ia tio n to p ro d u c i n t o t h e i n s p a c ing n c T i 啼 - ; j : 譬 阴极还原法的反应主要集 中在阴极进行 , 其 中 最重 要 的影 响 因素是 电解质 解离 的 阳离子 和添加 的 表面活性剂 MANGA等I 6 在实验过程中发现 I i 的参与不可或缺 , 如果用量不足会导致 GN 片层 的 横截面积大幅度减小 , 产量 由7 0 9 6 降至 1 这是 因 为 L i 在反应过程中充当着促进碳酸丙烯酯聚合并 破坏石墨层间作用力 的重要角色, 这一点和剑桥大 学 的 XU 等人 的研究 结果 相 一致 _ 6 表 面活性 剂 虽然 同样用于大规模制备高纯度 GN, 但是它在反 应过 程 中起到 的作 用 与 L i 。 截 然 不 同电解 质 中添 加 的表 面活性 剂 可 以 吸 附在 GN 的表 面 , 阻止 溶 液 中刚刚剥落的 GN团聚在一起 , 这说 明表面活性 剂 可 以 改 善 GN 的分 散 性 , 提 高产 物 的 物 理 性 能 但是 , 表面活性剂的使用也会影响产物 的电学性能 曼彻 斯特 大学 的 VAI OTA等 在制 备 G N 改 性 电极 材料时发现表面活性剂的使用不利于电极 电解质 界 面 的多 电子 转移 过 程 , 从 而 削 弱 了 改性 电极 材 料 的导 电能 力 6 8 - 6 9 对 比 阳极 氧 化 和 阴极 还 原 两 种 方 法后 我 们 发 现, 阴极还原法可以在缺少强氧化的条件下进行插 D OI :1 0 1 4 0 0 2 j h x y a 2 0 1 5 0 4 0 0 1 I 化学研究 , 2 0 1 5 , 2 6 ( 4 ) : 3 3 1 3 4 2 第 4 期 李孟赫 等 : 电化学法绿 色快捷 制备石墨烯及其复合材料 3 3 7 2 , 4其他 方 法 除上述方法外 , 还有一些其他 的电化学制备石 墨烯基复合材料 的方 法, 比如静 电纺丝 、 电泳 沉积 。 一 。 、 以及电掺杂 。 等方法 3 石墨烯 石 墨烯基复合材料 的应用 电化 学法 制 备 的石 墨烯及 其 复合 材料 具有 不 同 于其 他 方法 的独 特性 能 , 应用 范 围 十分广 泛 锂 离子 电池 是 近年来 发 展迅 速 的新一 代 二次 电 池之一 , 石墨烯及其 复合材料在其 中可 以得到充分 的应用 例如电化学制备的 GN具有 巨大的比表面 积和优异的导电性能 , 可 以在保证储能容量不变甚 至更 大 的前 提 下代 替 L i 。 。 等 导体 以达到 减 轻 电池 的 大小和重量 的目的 例如南洋理工大学的 Z HANG 等 采 用 一 步 电 沉 积 方 法 制 备 出 一 系 列 石 墨 烯 金属氧化物复合材料作为锂离子电池的正极和负极 材 料 , 这些 材料 具 有 比容量 高 、 衰减 速度 慢 的优 异性 能 , 其 中 GN F e 。 O。 的 比 容 量 高达 8 9 4 mAhg _ 。 , 几 乎 是常 规方 法 的 4倍 2 0 1 4年 , 日本 早 稻 田大 学 的 J E ONG 等 _ 1 “ 改进 了电沉 积技 术 , 他们 通 过 持续 搅拌电解液改变样 品表面的化学组成进而制备出具 有核壳结构的 s n Oc复合材料作为锂离子电池 的正 极 , 大大 提 高 了它的初 始 容量 值 超 级 电容 器 是 一 种新 型 的储 能 装 置 , 功 率 密度 高, 循环寿命 良好 但 是较低 的能量 密度一直是制 约其 发展 的瓶 颈 , 因此 人 们 尝 试 将 一些 过 渡金 属 氧 化 物 或氢 氧化 物 甚 至 有 机 氧化 还 原 对 结 构 引 入 到 GN体系, 在适 当降低 团聚程度进 而增 大双 电层 电 容 的同 时又 给体 系引 入赝 电容 从而 显 著地 改善 材料 的 电容行 为 1 韩 国全 北 国立 大 学 的 KHAN RA等 1 唧以 9 一 蒽羧酸根离子为电解质 , 采用 阳极氧 化 的方法 电解 石 墨 , 凭 借 非共 价 作 用 力 将 9 一 蒽羧 酸 官能 团 引人 到 GN 中 功能 化 后 的 GN 表 现 出 良好 的 电化学性 能 以及 高 达 5 7 7 Fg 的 比电容 , 是 一 种优异 的电容 器 电极材 料天津 大学 的 Z HANG 等 l 1 采用 电聚 合 的 方法 制 备 出 Go P ANI复合 材 料 , 并 提 出可 以通 过 改 变 GO 的 浓度 来 调 整 产 物 的 电化 学性 能 在反 复 试 验后 他 们 发 现 该 材 料 的 比 电 容 能 达到 的最 大值 为 1 1 3 6 4 F g , 是 P ANI 的两 倍多 , 同样是一种优 良的电极材料 生物传感器是生命分析化学及生物医学领域 的 重 要研 究 方 向 , 具 有 良好 的 生物 相 容 性 和 生 理 稳 定 性的 GN改性材料是制备生物传感器的理想选择, 对 生命 分 析化 学及 生物 医学 领域 的 快速发 展 具有 重 要 的现 实 意义 例 如 最 近研 发 的用 于 即 时标 记 伤 寒 沙 门氏菌 单克 隆抗体 的 GN 生物 制剂 和葡 萄糖探 针 等传感器就 是用 电化学方法 制备 的 此外 , 用 电化学 装置 生产 的纳 米级 GN 片具有 和碳 纳米 管 相似 的 电学 、 热学 和机械 性 能 , 这些 G N 片及 其 改性 材料可以像碳纳米管一样被应用到场致发射、 储氢 材料 、 复 合增 强 材 料、 电极 材 料 和燃 料 电池等 领 域 “ “ 有 些 阳 极 氧 化 法 剥 落 的 G N 柔 韧 性 良 好 、 透光率极高 , 可以制成透明或半透明的柔性电极 材 料 、 触 摸 屏 、 光 发 射 器 和 太 阳 能 电 池 元 件 等 还有最近正在研究的石墨烯量子点复合 材 料具 有 良好 的生 物相 容性 和 水 溶 性 , 以 及 因量 子 限制效 应 导致 的荧光 , 可 以应用 在 生物成像 、 生物分 子 传 感 、 发 光 二 极 管 和 透 明 的 光 电 导 体 等 方 面 。 。 4 结 论 综上所述 , 石墨烯及其复合材料 自问世 以来就 受到人们的广泛关注 , 但是传统的制备方法制约了 其进 一步 的发展 , 因此开 发一 种大 规模 、 高质 量 的制 备方 法成 为近 几年 研 究 的热 点 之一 电化 学方 法 是 一 种研究 电极与电解质形成的界面上的电子转移和 化学反应的方法, 它具有设备简单、 操作方便、 易于 控制 、 反应 条件 温 和 、 产 物 纯度 高 、 对 环 境 的污 染 小 等优点 将它应用在石墨烯及其复合材料 的制备方 面 , 可 以简化 实验 步 骤 , 避 免 有毒 试 剂 的使 用 , 实 现 快速 大规模 制备 , 并 且制 得 的材 料 在结 构 、 力学 、 热 学 和 电学 等方 面 的性 能 均 得 到显 著 地 提 高 , 在 导 体 材料 、 电极材料 、 生物传感 、 催化剂 、 超级电容器等领 域具 有非 常广 阔 的应 用 前景 口 卜 然 而 目前 关 于 电化学制备方法 的研究还处 于起步阶段 , 在合成机 理如 电解 质离子 与石 墨反 应 的具体 过程 和如 何实 现 可控制备等方面还须深入探 索, 相关工作仍具有挑 战性 , 任重 而道 远 参考 文献 : 1 N( ) V0 S E L 0V K S , GE I M A K,M0R 0z 0V S V,e t a 1 El e c t r i c f i e l d e f f e c t i n a t omi c a l l y t hi n c a r b on f i l ms E J S c i e n c e ,2 0 0 4 , 3 0 6 ( 5 6 9 6 ) :6 6 6 6 6 9 2 N( ) V 0S E L O V K S ,J I ANG D,S C HE DI N F ,e t a 1 T w0 一 d i me n s i o n a l a t o mi c c r y s t a l s J P r o c Na t Ac a d Sc i ,20 05,1 O 2( 3O):10 45 1 1 O 45 3 E 3 z HAN G Y B, T AN Y W, S TOR ME R H L ,e t a 1 E x p er i m e n t a l ob s e r va t i on of t he q ua nt u m Ha l 1 e f f e c t a n d B e r r y S p h a s e i n g r a p h e n e J Na t u r e ,2 0 0 5 ,4 3 8 ( 70 6 5):2 01 20 4 E 4 L E E C, WE I X D, KY s A R J W , e t a 1 Me a s u r e me n t o f D O I :1 0 1 4 0 0 2 j h x y a 2 0 1 5 0 4 0 0 1 f 化学研究 , 2 0 1 5 。 2 6 ( 4 j :3 3 1 3 4 2 3 3 8 化学研究 2 0 1 5年 t he e l a s t i c pr op e r t i e s a nd i nt r i n s i c s t r e ngt h o f m o no l a y e r g r a p h e n e J S c i e n c e , 2 0 0 8 , 3 2 1 ( 5 8 8 7 ) : 3 8 5 3 8 8 E 5 C HA E H K,S I B E R I O P E R E Z D Y,KI M J ,e t a 1 A r ou t e t o hi gh s u r f a c e a r e a, p or os i t y an d i nc l us i on of l a r g e mo l e c u l e s i n c r y s t a l s J Na t u r e ,2 0 0 4 ,4 2 7 ( 6 9 7 4 ) :5 2 3 5 2 7 E 6 B R UMF I E L G 。G r a p h e n e g e t s r e a d y f o r t h e b i g t i me J Na t u r e ,2 0 0 9 , 4 5 8 ( 7 2 3 7 ) : 3 9 0 3 9 1 7 GA DI P E L L I S ,G UO z X 。G r a p h e n e b a s e d ma t e r i a l s : S y n t h e s i s a n d g a s s o r p t i o n ,s t o r a g e a n d s e p a r a t i o n J Pr og M a t e r Sc i ,2 01 5,69:1 6O 8 3 P 0N0MAR E NK 0 L A, S CHE D I N F, KA TS NE L s ON M I 。 e t a 1 Ch a ot i c di r a c b i l l i a r d i n gr ap he n e qu a nt um d o t s J S c i e n c e ,2 0 0 8 , 3 2 0 ( 5 8 7 4 ) :3 5 6 3 5 8 9 Y 00 E, OKAT A T,AKI T A T,e t a 1 E n h a n c e d e l e c t r o c a t a l y t i c a c t i v i t y o f Pt s u b n a n o c l u s t e r s o n g r a p h e n e n a n o s h e e t s u r f a c e J Na n o L e t t ,2 0 0 9 ,9 ( 6 ) :2 2 5 5 2 25 9 1 O Hu c G, S ONG L, Z HANG z P, e t a 1 T a i l o r e d g r a ph e ne s y s t e ms f or un c on ve n t i o na l a p pl i c a t i on s i n e ne r gy c o n v e r s i o n a n d s t o r a g e d e v i c e s J E n e r g E n v i r o n S c i , 2 0 1 5,8 ( 1 ) :3 1 5 4 1 1 YOO E, KI M J ,HOS ONO E, e t a 1 L a r g e r e v e r s i b l e Li s t o r a g e of gr a ph e ne n a no s he e t f a m i l i e s f o r u s e i n r e c h a r g e a b l e l i t h i u m i o n b a t t e r i e s J Na n o L e t t , 2 0 0 8 , 8 ( 8 ):2 2 7 7 2 2 8 2 1 2 Y AN J , wE I T,S HAO B , e t a 1 P r e p a r a t i o n o f a g r a p h e n e n a n o s h e e t p o l y a n i l i n e c o mp o s i t e wi t h h i g h s p e c i f i c c a p a c i t a n c e J C a r b o n , 2 0 1 0 , 4 8 ( 2 ) : 4 8 7 4 9 3 r 1 3 RAMANATHAN T,ABDALA A A,S TANKOVI CH S, e t a 1 Fu nc t i o na l i z e d gr a phe n e s he e t s f o r po l y m e r n a n o c o mp o s i t e s J N a t Na n o t e c h n o l , 2 0 0 8 , 3 ( 6 ) : 3 2 7 331 1 4 C ON G H P, R E N x C, wANG P, e t a 1 F l e x i b l e g r a p he ne p ol ya n i l i ne c omp os i t e p a pe r f o r hi gh - p e r f o r ma nc e s u p e r c a p a c i t o r J E n e r g E n v i r o n S c i ,2 0 1 3 ,6( 4 ) : l1 8 5 11 91 1 5 AN S A R I S , G I AN NE L I S E P F u n c t i o n a l i z e d g r a p h e n e s h e e t p o l y ( v i n y l i d e n e f l- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- 电化学 绿色 快捷 制备 石墨 及其 复合材料
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