石墨烯材料由于其极佳的物理化学性能, 被广泛应用于锂离子电池, 传感, 储能材料以及生物医药等诸多领域. 开发绿色, 高效, 低成本的新方法, 使石墨烯更好地分散在水溶液或其他低沸点有机溶液中, 是石墨烯材料领域的重要研究课题. 我国作为石墨烯研发的大国, 近期石墨烯行业又有那些科技动态发生呢?
清华大学仿生石墨烯 压力传感器 研究取得重要进展
清华大学微电子系任天令教授团队在《美国化学学会·纳米》(ACS Nano)上发表了题为《仿生针刺随机分布结构的高灵敏度和宽线性范围石墨烯压力传感器》(Epidermis Microstructure Inspired Graphene Pressure Sensor with Random Distributed Spinosum for High Sensitivity and Large Linearity)的研究成果, 由人体皮肤感知微结构出发提出相似的仿生结构, 通过微结构和分布模式的结合解决了灵敏度和线性范围之间的矛盾, 为力学器件性能的综合提升提供了一种全新的思路. 该研究成果得到了国家自然基金重点项目和科技部项目的支持.
上海微系统所水溶性石墨烯制备研究取得最新进展
近日, 中国科学院上海微系统与信息技术研究所石墨烯粉体材料研究团队丁古巧, 何朋等科研人员, 在水溶性石墨烯材料制备方面取得进展: 基于创新的电化学技术和超声辅助分散机制, 在NaOH与PTA混合电解液体系中实现了少层高浓度水溶性石墨烯的制备, 相关研究成果在线发表在Green Chemistry上. 在这一体系中, 研究人员通过控制电化学过程, 使PTA析出并吸附于石墨电极, 促进石墨充分氧化和逐层剥离, 随后辅以超声处理进一步提高产率, 实现了高产率(87.3%), 高固含量(8.2 g/L)以及高稳定性(8个月以上)的少层微米尺寸水溶性石墨烯的制备, 相对于已有研究报道具有明显优势. 同时, 由于电化学阳极分子吸附保护机制, 实现了产物片层sp2结构的保留, 制备成膜后, 经较低温度热还原便可获得较高的电导率(9517 S/m), 应用潜力巨大. 进一步的机理研究明确了不同于以往插层, 氧化, 膨胀, 剥离的电化学机制, 逐层剥离和深入氧化的电化学新机制克服了传统电化学方法剥离不完全导致的产物层数多, 质量低, 分散性差等问题. 同时, 进一步的研究确定了超声在不同环境, 不同处理时间及不同前驱体条件下的效果, 对后续研究中的工艺改进具有重要指导意义. 所制得的水溶性石墨烯极易成膜, 在电热方面表现出低电压, 高速升温和温度一致性好等优点, 有望作为新型电热材料推广应用.
新型石墨烯基纳米卷可模仿狗鼻子检测气体
近日, 中国研究人员在最新一期《美国化学学会·纳米》杂志发表报告说, 他们开发出可以模仿狗鼻子嗅觉功能的高质量石墨烯基纳米卷. 中国的研究人员从狗鼻子中得到启发, 狗鼻子中有数百万毛细管, 表面积大, 可帮助狗嗅出浓度极低的气味, 研究人员就据此选择了表面积大, 高温下稳定且耐用的石墨烯基纳米卷制作气敏传感器. 华南师范大学和北京航空航天大学等机构的研究人员使用非共价键超分子组装法, 将一种名为 '聚苯乙烯磺酸钠' 的材料组装在石墨烯片层表面, 然后通过定向控制冷冻干燥技术使石墨烯基片层随脱水过程产生卷曲, 从而得到饱满的石墨烯基纳. 除此之外, 石墨烯基纳米卷的生产过程简单高效, 有望大规模制备.
合肥研究院在石墨烯的制备及其氧还原应用研究中取得进展
近日, 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所液相环境激光制备与加工实验室, 在具有双活性位点的铁氮掺杂多孔碳/石墨烯复合材料的制备及其在氧气还原应用研究中取得进展, 相关工作发表在ACS Applied Materials & Interfaces上. 该研究工作为构筑和发展新型的金属-氮/碳类电催化剂提供了新的研究思路, 并有望取代贵金属铂用于燃料电池和金属空气电池. 研究工作得到了国家重点基础研究发展计划(973计划), 国家自然科学基金, 中科院科研装备研制项目等的资助.
上海高研院等在氧化石墨烯框架膜研究中取得新进展
近日, 中国科学院低碳转化科学与工程重点实验室暨中科院上海高等研究院-上海科技大学低碳能源联合实验室在自组装制备氧化石墨烯框架复合膜用于气体小分子筛分研究中取得进展. 在该研究中, 研究员孙予罕, 曾高峰团队选择了具有双NH2-和C=S-多活性终端, 分子骨架仅有3原子, 且具有弱还原性的硫脲(TU)作为交联分子. 为获得均质连续的GOF复合膜, 该团队首先通过载体表面嫁接的活性基团与GO反应, 在载体上固定单层GO; 再由TU, GO经脱水缩合和亲核加成反应, 在载体上实现周期性组装形成均质TU-GOF复合膜, 首次实现层层自组装. 通过条件控制, TU-GOF膜的层间距可精确调控, 膜厚可控制在数十纳米. 表征结果证实, TU对碳层的固定作用极大抑制了膜在分离介质中的溶胀变形, 显著增强了膜的机械稳定性. 分离结果表明, TU-GOF膜对H2具有高选择性, 如H2/CO2, H2/N2和H2/CH4理想选择性达~200, H2渗透速率为10-7mol/m2/s/Pa. 这是GO基膜首次基于二维层间筛分实现H2高效分离, 且性能远高于聚合物膜的Robeson上限, 也优于大部分无机膜.
2018年石墨烯的研发方向主要是朝着新领域和更轻便两方面发展, 在石墨烯的材质和与其他技术的融汇中都有了非常大的进步, 相信在未来, 石墨烯一定还会有更多的发展空间.
