西安交大《DIAM RELAT MATER》：绿色合成高性能石墨烯薄膜实现工业化应用的最新进展

1成果简介 

　　绿色合成高性能还原氧化石墨烯薄膜（RGOFs）是石墨烯材料走向工业化应用的先决条件之一。然而，在绿色还原溶液中保持稳定的前驱体氧化石墨烯薄膜（GOF）不崩解或变形仍然是一项重大挑战。本文，西安交通大学段玉岗教授、王奔副教授等研究人员在《DIAM RELAT MATER》期刊发表名为“Green synthesis of highly aligned reduced graphene oxide films with competitive performance assisted by sandwiching restriction”的论文，研究分析了抗坏血酸溶液中典型的绿色还原过程中 GOF 变形的机制。在此基础上，提出了一种通过将GOF夹在两层多孔聚四氟乙烯释放膜之间来抑制还原过程中的崩解和变形的方法。这种夹层限制技术使人们能够有效地克服气泡效应，从而在还原后获得高度排列的RGOF层状结构。所获得的RGOF具有竞争性的性能。这展示了一种用于石墨烯工业化制造高度对准RGOF的简单方法。

2图文导读  

图1。(a) GOF 在反应前浸入 AA 溶液中。(b) 气泡引起的 GOF 变形。(c) 真空过滤形成的包边脱离过程。(d) GOF 向边界漂浮。(e) 气泡引起的变形和浸入不完全。(f) 干燥后在 RGOF 上观察到的变形。

图2。(a) 通过过滤制备的 GOF 的表面形态。(b) RGOF 的表面形态。(c) 通过过滤制备的 GOF 的横截面图。(d) RGOF 的横截面视图。

图3。(a) GOF和多孔界处的变形。(b) 干燥过程中膨胀的GOF厚度的变化。（c）膨胀变形GOF的微观结构。（ d ）由于静电排斥而削弱了层间结合。

图4。(a) 夹心限制示意图。(b) 用胶带固定夹层结构。(c) 在还原过程中稳定 GOF。

图5。(a) GOF和RGOF的XRD图谱。(b) GOF和RGOF的拉曼光谱

图6。在这项工作和其他类似研究中获得的 RGOF 的机械和电气性能的比较

3小结 

　　本文研究了 AA 溶液中 GOF 的动态还原，并讨论了RGOF的变形机理。可以得出结论，由Cheerios效应引起的气泡变形和沿厚度方向的不均匀减少程度是导致 RGOF 褶皱和收缩不均匀的原因。在两个穿孔的Teflon离型膜之间对GOF进行夹层限制，可以有效地避免气泡效应，并确保在还原过程中GOF完全浸入。从而最程度地保留了GOF原有的层状结构。表征表明，AA充分降低了GOF，获得的 RGOF 具有竞争性的电气和机械性能。

文献：

https://doi.org/10.1016/j.diamond.2022.109166

信息来源：公众号【材料分析与应用】

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。