復旦大學高質量石墨烯規(guī)�；�水相制備，可3D打印氣凝膠

近期，《自然通訊》（Nature Communications）在線發(fā)表了上海復旦大學高分子科學系盧紅斌課題組在高質量石墨烯規(guī)�；�水相制備方面取得新進展。該論文題為“A Non-Dispersion Strategy for Large-Scale Production of Ultra-High Concentration Graphene Slurries in Water”。該方法制備的石墨烯水相漿料表現(xiàn)出了良好的流變特性，可直接通過3D打印制備各種形狀的石墨烯氣凝膠，從而為石墨烯在儲能、環(huán)境治理、多功能復合材料等領域的應用開辟了新途徑。

石墨烯是現(xiàn)有材料中厚度最�。�0.335 nm）、強度最高（斷裂強度130 GPa，是鋼的100倍）、導熱性最好（5300W/m.K，比金屬銀高10倍以上）、電子遷移率極高（106 cm2/V.s，比硅高2個數(shù)量級）的新型二維材料，在智能裝備、航空航天、能源儲存和環(huán)境治理等諸多領域應用潛力巨大，是重要的戰(zhàn)略新興材料。

然而，如何實現(xiàn)高質量石墨烯的高效率、規(guī)�；�制備一直是制約其大規(guī)模應用的關鍵難題。理想的解決方案是從天然鱗片石墨出發(fā)，將其在液相中剝離成石墨烯。

為避免石墨烯的不可逆聚集，液相剝離通常需要在特定溶劑中進行，而溶劑對石墨烯的分散能力則限制了剝離的效率，以至于液相剝離很難在高濃度下進行（典型情況下石墨烯含量通常小于1mg/mL，這意味著生產1kg石墨烯至少需要1噸的溶劑用量）。此外，石墨烯強烈的聚集傾向也使其難以存儲、運輸，為后續(xù)應用提出了挑戰(zhàn)。

課題組研究人員采用一種非穩(wěn)定分散的策略，實現(xiàn)了在極高濃度（50 mg/mL）下的快速、高產率剝離，剝離產物90%以上為單層石墨烯，且晶格缺陷少、薄膜電導率甚至可達2.5104 S/m。剝離過程中，由于表面雙電層被壓縮，石墨烯以絮凝方式析出形成沉淀，后者即使?jié)饪s至固含量為23wt%的濾餅室溫儲存一月后，仍可再次分散于水溶液中形成均勻穩(wěn)定的石墨烯懸浮液，從而有效解決了石墨烯規(guī)�；瘧�用中的儲存和運輸問題。

傳統(tǒng)液相剝離方法(a)和非分散策略(b)制備石墨烯的流程示意圖；不同方法在制備濃度、產率和產量方面的比較(c)。

此外，該方法制備的石墨烯水相漿料表現(xiàn)出了良好的流變特性，可直接通過3D打印制備各種形狀的石墨烯氣凝膠，從而為石墨烯在儲能、環(huán)境治理、多功能復合材料等領域的應用開辟了新途徑。

復旦大學高分子科學系博士后董雷和新加坡國立大學化學系博士研究生陳仲欣為本文共同第一作者，復旦大學教授盧紅斌和新加坡國立大學教授羅健平為共同通訊作者。

復旦大學和新加坡國立大學分別為第一、二完成單位，研究工作得到973子課題、國家自然科學基金、上海市基礎研究重點項目、新加坡國家研究基金的財政支持。

相關論文全文發(fā)表在 Nature Communications 9, Article number: 76 (2018)（DOI: 10.1038/s41467-017-02580-3）上。

來源：石墨烯聯(lián)盟