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高品质石墨烯水分散液的绿色制备技术

     近期,来自法国斯特拉斯堡大学的Samorì研究小组开发出一种新型的高品质石墨烯水分散液的绿色制备技术,以电化学剥离法实现表面亲水性修饰的石墨烯层片制备,并进一步制备聚多巴胺-石墨烯复合薄膜作为微超级电容器的电极材料。高品质石墨烯水分散液的绿色制备技术流程如图一所示,通过电化学剥离剥离将预处理的石墨层片分散为石墨烯水分散液,并进一步沉积聚多巴胺形成功能化石墨烯层片。所制备的石墨烯水分散液具有良好的稳定性,具有稳定胶体特征。

高品质石墨烯水分散液的绿色制备技术

图一 电化学剥离石墨制备高品质石墨烯水分散液

这种新型绿色化工技术所制备的石墨烯纳米片的光谱与形貌结构表征如图二所示。C1s频谱的高分辨率XPS结果显示电化学剥离石墨烯的表面呈现出少量氧化态,即电化学剥离过程中引入了羧基和羟基。剥离石墨烯的含氧量仅为12%,低于氧化石墨烯(31%)和热还原氧化石墨烯(14%)。双层石墨烯层片的拉曼光谱(532 nm激光激发)结果显示剥离石墨烯的2D峰与G峰比值为0.7,表明层片具有良好质量。采用AFM表征了分散在SiO2基底的石墨烯层片,大多数层片厚度均小于3 nm,其中约60%层片厚度在1~2 nm,可知以此技术制备的石墨烯层片主要由双层石墨烯构成。从透射电子显微镜的检测图像可印证此结果,同时选区电子衍射图谱表明双层石墨烯具有较高结晶度。

高品质石墨烯水分散液的绿色制备技术

图二 石墨烯层片的光谱与形貌表征

这种新型绿色化工技术所制备的石墨烯纳米片的具有具有良好的电学性能,高频(太赫兹)电导率测得其电荷载流子迁移率可达1000 cm-2 V-1s-1。这种具有良好亲水性的高品质石墨烯层片可用于实现多种功能化材料的制备。在石墨烯层片上负载适量的聚多巴胺后,其电荷载流子迁移率仅下降20%,但基于聚多巴胺-石墨烯的复合薄膜电极的微型超级电容器表现出优异的电化学性能,如图三所示。基于聚多巴胺-石墨烯的微超级电容器的体积电容达到了340 F cm-3,功率密度达到了1000 W cm-3。此结果优于近期报道的大多数石墨烯基微超级电容器。

高品质石墨烯水分散液的绿色制备技术

图三 基于聚多巴胺-石墨烯的微超级电容器器件的制备与电化学性能表征

综上所述,这种高品质石墨烯水分散液的绿色制备技术具有很高的应用潜力,有望在储能应用上作为平台材料开发更多的应用。

DOI:10.1021/acsnano.9b04232

Published:August 6, 2019

本文来自OIL实验室,本文观点不代表利特纳米立场,转载请联系原作者。

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