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        前端技術(shù)
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        中科院金屬所提出氧化石墨烯綠色制備方法
        來(lái)源:中國粉體技術(shù)網(wǎng)    更新時(shí)間:2018-01-16 09:27:38    瀏覽次數:
         
          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體,近年來(lái)由于其不同于石墨烯的諸多獨特物理化學(xué)性質(zhì)和廣闊應用前景而越來(lái)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、生物醫藥、復合材料等方面表現出良好應用前景。
         
        氧化石墨烯的電解水氧化法快速綠色制備
        氧化石墨烯的電解水氧化法快速綠色制備
         
          目前,氧化石墨烯主要是通過(guò)剝離氧化石墨來(lái)進(jìn)行制備。而氧化石墨的制備迄今已有150多年的歷史,無(wú)論是最早的Brodie方法(1859年),還是后來(lái)發(fā)展起來(lái)的Staudenmaier和Hummers方法,均是基于石墨與大量濃硝酸、濃硫酸、高錳酸鉀等復合強氧化劑的反應來(lái)實(shí)現,不僅存在爆炸的風(fēng)險,而且污染嚴重,反應周期長(cháng)。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),反應最終會(huì )產(chǎn)生超過(guò)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(huì )發(fā)生爆炸,氧化反應的完成需要數小時(shí)到上百小時(shí)。
          近日,中國科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國家研究中心先進(jìn)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(lái)通過(guò)強氧化劑對石墨進(jìn)行氧化的傳統思路,實(shí)現了氧化石墨烯的安全、綠色、超快制備。該方法首先在濃硫酸中將石墨插層,然后在稀硫酸中對插層石墨進(jìn)行氧化。氧同位素示蹤和自由基捕獲實(shí)驗表明,氧化石墨烯中的氧元素主要來(lái)源于電解液中的水,電解水產(chǎn)生的大量高活性氧自由基與石墨反應生成了氧化石墨烯。反應中硫酸幾乎沒(méi)有損耗,也不生成其它物質(zhì),可被重復用于電化學(xué)反應。研究還發(fā)現,電解水氧化制備氧化石墨烯的氧化速率比現有方法快100倍以上,而所得材料與現有方法類(lèi)似,并且易于連續化制備。該方法有效解決了氧化石墨烯制備長(cháng)期面臨的爆炸危險、環(huán)境污染及反應周期長(cháng)的問(wèn)題,有望大幅降低制備成本,促進(jìn)氧化石墨烯的工業(yè)化應用。

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