石墨烯材料由於其極佳的物理化學性能, 被廣泛應用於鋰離子電池, 感測, 儲能材料以及生物醫藥等諸多領域. 開發綠色, 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點有機溶液中, 是石墨烯材料領域的重要研究課題. 我國作為石墨烯研發的大國, 近期石墨烯行業又有那些科技動態發生呢?
清華大學仿生石墨烯 壓力感測器 研究取得重要進展
清華大學微電子系任天令教授團隊在《美國化學學會·納米》(ACS Nano)上發表了題為《仿生針刺隨機分布結構的高靈敏度和寬線性範圍石墨烯壓力感測器》(Epidermis Microstructure Inspired Graphene Pressure Sensor with Random Distributed Spinosum for High Sensitivity and Large Linearity)的研究成果, 由人體皮膚感知微結構出發提出相似的仿生結構, 通過微結構和分布模式的結合解決了靈敏度和線性範圍之間的矛盾, 為力學器件性能的綜合提升提供了一種全新的思路. 該研究成果得到了國家自然基金重點項目和科技部項目的支援.
上海微系統所水溶性石墨烯製備研究取得最新進展
近日, 中國科學院上海微系統與資訊技術研究所石墨烯粉體材料研究團隊丁古巧, 何朋等科研人員, 在水溶性石墨烯材料製備方面取得進展: 基於創新的電化學技術和超聲輔助分散機制, 在NaOH與PTA混合電解液體系中實現了少層高濃度水溶性石墨烯的製備, 相關研究成果線上發表在Green Chemistry上. 在這一體系中, 研究人員通過控制電化學過程, 使PTA析出並吸附於石墨電極, 促進石墨充分氧化和逐層剝離, 隨後輔以超聲處理進一步提高產率, 實現了高產率(87.3%), 高固含量(8.2 g/L)以及高穩定性(8個月以上)的少層微米尺寸水溶性石墨烯的製備, 相對於已有研究報道具有明顯優勢. 同時, 由於電化學陽極分子吸附保護機制, 實現了產物片層sp2結構的保留, 製備成膜後, 經較低溫度熱還原便可獲得較高的電導率(9517 S/m), 應用潛力巨大. 進一步的機理研究明確了不同於以往插層, 氧化, 膨脹, 剝離的電化學機制, 逐層剝離和深入氧化的電化學新機制克服了傳統電化學方法剝離不完全導致的產物層數多, 質量低, 分散性差等問題. 同時, 進一步的研究確定了超聲在不同環境, 不同處理時間及不同前驅體條件下的效果, 對後續研究中的工藝改進具有重要指導意義. 所製得的水溶性石墨烯極易成膜, 在電熱方面表現出低電壓, 高速升溫和溫度一致性好等優點, 有望作為新型電熱材料推廣應用.
新型石墨烯基納米卷可模仿狗鼻子檢測氣體
近日, 中國研究人員在最新一期《美國化學學會·納米》雜誌發表報告說, 他們開發出可以模仿狗鼻子嗅覺功能的高質量石墨烯基納米卷. 中國的研究人員從狗鼻子中得到啟發, 狗鼻子中有數百萬毛細管, 表面積大, 可幫助狗嗅出濃度極低的氣味, 研究人員就據此選擇了表面積大, 高溫下穩定且耐用的石墨烯基納米卷製作氣敏感測器. 華南師範大學和北京航空航天大學等機構的研究人員使用非共價鍵超分子組裝法, 將一種名為 '聚苯乙烯磺酸鈉' 的材料組裝在石墨烯片層表面, 然後通過定向控製冷凍乾燥技術使石墨烯基片層隨脫水過程產生捲曲, 從而得到飽滿的石墨烯基納. 除此之外, 石墨烯基納米卷的生產過程簡單高效, 有望大規模製備.
合肥研究院在石墨烯的製備及其氧還原應用研究中取得進展
近日, 中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所液相環境雷射製備與加工實驗室, 在具有雙活性位點的鐵氮摻雜多孔碳/石墨烯複合材料的製備及其在氧氣還原應用研究中取得進展, 相關工作發表在ACS Applied Materials & Interfaces上. 該研究工作為構築和發展新型的金屬-氮/碳類電催化劑提供了新的研究思路, 並有望取代貴金屬鉑用於燃料電池和金屬空氣電池. 研究工作得到了國家重點基礎研究發展計劃(973計劃), 國家自然科學基金, 中科院科研裝備研製項目等的資助.
上海高研院等在氧化石墨烯框架膜研究中取得新進展
近日, 中國科學院低碳轉化科學與工程重點實驗室暨中科院上海高等研究院-上海科技大學低碳能源聯合實驗室在自組裝製備氧化石墨烯框架複合膜用於氣體小分子篩分研究中取得進展. 在該研究中, 研究員孫予罕, 曾高峰團隊選擇了具有雙NH2-和C=S-多活性終端, 分子骨架僅有3原子, 且具有弱還原性的硫脲(TU)作為交聯分子. 為獲得均質連續的GOF複合膜, 該團隊首先通過載體表面嫁接的活性基團與GO反應, 在載體上固定單層GO; 再由TU, GO經脫水縮合和親核加成反應, 在載體上實現周期性組裝形成均質TU-GOF複合膜, 首次實現層層自組裝. 通過條件控制, TU-GOF膜的層間距可精確調控, 膜厚可控制在數十納米. 表徵結果證實, TU對碳層的固定作用極大抑制了膜在分離介質中的溶脹變形, 顯著增強了膜的機械穩定性. 分離結果表明, TU-GOF膜對H2具有高選擇性, 如H2/CO2, H2/N2和H2/CH4理想選擇性達~200, H2滲透速率為10-7mol/m2/s/Pa. 這是GO基膜首次基於二維層間篩分實現H2高效分離, 且性能遠高於聚合物膜的Robeson上限, 也優於大部分無機膜.
2018年石墨烯的研發方向主要是朝著新領域和更輕便兩方面發展, 在石墨烯的材質和與其他技術的融匯中都有了非常大的進步, 相信在未來, 石墨烯一定還會有更多的發展空間.
