高品質(zhì)石墨烯水分散液的綠色制備技術

產(chǎn)業(yè)資訊 / Industry 2019年8月27日 09:45 4504

? ? ?近期，來自法國斯特拉斯堡大學的Samorì研究小組開發(fā)出一種新型的高品質(zhì)石墨烯水分散液的綠色制備技術，以電化學剝離法實現(xiàn)表面親水性修飾的石墨烯層片制備，并進一步制備聚多巴胺-石墨烯復合薄膜作為微超級電容器的電極材料。高品質(zhì)石墨烯水分散液的綠色制備技術流程如圖一所示，通過電化學剝離剝離將預處理的石墨層片分散為石墨烯水分散液，并進一步沉積聚多巴胺形成功能化石墨烯層片。所制備的石墨烯水分散液具有良好的穩(wěn)定性，具有穩(wěn)定膠體特征。

圖一?電化學剝離石墨制備高品質(zhì)石墨烯水分散液

這種新型綠色化工技術所制備的石墨烯納米片的光譜與形貌結(jié)構(gòu)表征如圖二所示。C1s頻譜的高分辨率XPS結(jié)果顯示電化學剝離石墨烯的表面呈現(xiàn)出少量氧化態(tài)，即電化學剝離過程中引入了羧基和羥基。剝離石墨烯的含氧量僅為12%，低于氧化石墨烯（31%）和熱還原氧化石墨烯（14%）。雙層石墨烯層片的拉曼光譜（532 nm激光激發(fā)）結(jié)果顯示剝離石墨烯的2D峰與G峰比值為0.7，表明層片具有良好質(zhì)量。采用AFM表征了分散在SiO2基底的石墨烯層片，大多數(shù)層片厚度均小于3 nm，其中約60%層片厚度在1~2 nm，可知以此技術制備的石墨烯層片主要由雙層石墨烯構(gòu)成。從透射電子顯微鏡的檢測圖像可印證此結(jié)果，同時選區(qū)電子衍射圖譜表明雙層石墨烯具有較高結(jié)晶度。

圖二?石墨烯層片的光譜與形貌表征

這種新型綠色化工技術所制備的石墨烯納米片的具有具有良好的電學性能，高頻（太赫茲）電導率測得其電荷載流子遷移率可達1000 cm-2 V-1s-1。這種具有良好親水性的高品質(zhì)石墨烯層片可用于實現(xiàn)多種功能化材料的制備。在石墨烯層片上負載適量的聚多巴胺后，其電荷載流子遷移率僅下降20%，但基于聚多巴胺-石墨烯的復合薄膜電極的微型超級電容器表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能，如圖三所示?；诰鄱喟桶?石墨烯的微超級電容器的體積電容達到了340 F cm-3，功率密度達到了1000 W cm-3。此結(jié)果優(yōu)于近期報道的大多數(shù)石墨烯基微超級電容器。