石墨烯技術(shù)屢獲進(jìn)展 走出實(shí)驗(yàn)室指日可待

　　石墨烯材料由于其極佳的物理化學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、傳感、儲(chǔ)能材料以及生物醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域。開(kāi)發(fā)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(diǎn)有機(jī)溶液中，是石墨烯材料領(lǐng)域的重要研究課題。我國(guó)作為石墨烯研發(fā)的大國(guó)，近期石墨烯行業(yè)又有那些科技動(dòng)態(tài)發(fā)生呢?

　　清華大學(xué)仿生石墨烯壓力傳感器研究取得重要進(jìn)展

　　清華大學(xué)微電子系任天令教授團(tuán)隊(duì)在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)·納米》(ACS Nano)上發(fā)表了題為《仿生針刺隨機(jī)分布結(jié)構(gòu)的高靈敏度和寬線性范圍石墨烯壓力傳感器》(Epidermis Microstructure Inspired Graphene Pressure Sensor with Random Distributed Spinosum for High Sensitivity and Large Linearity)的研究成果，由人體皮膚感知微結(jié)構(gòu)出發(fā)提出相似的仿生結(jié)構(gòu)，通過(guò)微結(jié)構(gòu)和分布模式的結(jié)合解決了靈敏度和線性范圍之間的矛盾，為力學(xué)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(guó)家自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目和科技部項(xiàng)目的支持。

　　上海微系統(tǒng)所水溶性石墨烯制備研究取得最新進(jìn)展

　　近日，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所石墨烯粉體材料研究團(tuán)隊(duì)丁古巧、何朋等科研人員，在水溶性石墨烯材料制備方面取得進(jìn)展：基于創(chuàng)新的電化學(xué)技術(shù)和超聲輔助分散機(jī)制，在NaOH與PTA混合電解液體系中實(shí)現(xiàn)了少層高濃度水溶性石墨烯的制備，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在Green Chemistry上。在這一體系中，研究人員通過(guò)控制電化學(xué)過(guò)程，使PTA析出并吸附于石墨電極，促進(jìn)石墨充分氧化和逐層剝離，隨后輔以超聲處理進(jìn)一步提高產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)率(87.3%)、高固含量(8.2 g/L)以及高穩(wěn)定性(8個(gè)月以上)的少層微米尺寸水溶性石墨烯的制備，相對(duì)于已有研究報(bào)道具有明顯優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，由于電化學(xué)陽(yáng)極分子吸附保護(hù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)物片層sp2結(jié)構(gòu)的保留，制備成膜后，經(jīng)較低溫度熱還原便可獲得較高的電導(dǎo)率(9517 S/m)，應(yīng)用潛力巨大。進(jìn)一步的機(jī)理研究明確了不同于以往插層、氧化、膨脹、剝離的電化學(xué)機(jī)制，逐層剝離和深入氧化的電化學(xué)新機(jī)制克服了傳統(tǒng)電化學(xué)方法剝離不完全導(dǎo)致的產(chǎn)物層數(shù)多、質(zhì)量低、分散性差等問(wèn)題。同時(shí)，進(jìn)一步的研究確定了超聲在不同環(huán)境、不同處理時(shí)間及不同前驅(qū)體條件下的效果，對(duì)后續(xù)研究中的工藝改進(jìn)具有重要指導(dǎo)意義。所制得的水溶性石墨烯極易成膜，在電熱方面表現(xiàn)出低電壓、高速升溫和溫度一致性好等優(yōu)點(diǎn)，有望作為新型電熱材料推廣應(yīng)用。

　　新型石墨烯基納米卷可模仿狗鼻子檢測(cè)氣體

　　近日，中國(guó)研究人員在最新一期《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)·納米》雜志發(fā)表報(bào)告說(shuō)，他們開(kāi)發(fā)出可以模仿狗鼻子嗅覺(jué)功能的高質(zhì)量石墨烯基納米卷。中國(guó)的研究人員從狗鼻子中得到啟發(fā)，狗鼻子中有數(shù)百萬(wàn)毛細(xì)管，表面積大，可幫助狗嗅出濃度極低的氣味，研究人員就據(jù)此選擇了表面積大、高溫下穩(wěn)定且耐用的石墨烯基納米卷制作氣敏傳感器。華南師范大學(xué)和北京航空航天大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員使用非共價(jià)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，然后通過(guò)定向控制冷凍干燥技術(shù)使石墨烯基片層隨脫水過(guò)程產(chǎn)生卷曲，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(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單高效，有望大規(guī)模制備。

　　合肥研究院在石墨烯的制備及其氧還原應(yīng)用研究中取得進(jìn)展

　　近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所液相環(huán)境激光制備與加工實(shí)驗(yàn)室，在具有雙活性位點(diǎn)的鐵氮摻雜多孔碳/石墨烯復(fù)合材料的制備及其在氧氣還原應(yīng)用研究中取得進(jìn)展，相關(guān)工作發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上。該研究工作為構(gòu)筑和發(fā)展新型的金屬-氮/碳類電催化劑提供了新的研究思路，并有望取代貴金屬鉑用于燃料電池和金屬空氣電池。研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院科研裝備研制項(xiàng)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(jìn)展

　　近日，中國(guó)科學(xué)院低碳轉(zhuǎn)化科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室暨中科院上海高等研究院-上?？萍即髮W(xué)低碳能源聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室在自組裝制備氧化石墨烯框架復(fù)合膜用于氣體小分子篩分研究中取得進(jìn)展。在該研究中，研究員孫予罕、曾高峰團(tuán)隊(duì)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(lián)分子。為獲得均質(zhì)連續(xù)的GOF復(fù)合膜，該團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)載體表面嫁接的活性基團(tuán)與GO反應(yīng)，在載體上固定單層GO;再由TU、GO經(jīng)脫水縮合和親核加成反應(yīng)，在載體上實(shí)現(xiàn)周期性組裝形成均質(zhì)TU-GOF復(fù)合膜，首次實(shí)現(xiàn)層層自組裝。通過(guò)條件控制，TU-GOF膜的層間距可精確調(diào)控，膜厚可控制在數(shù)十納米。表征結(jié)果證實(shí)，TU對(duì)碳層的固定作用極大抑制了膜在分離介質(zhì)中的溶脹變形，顯著增強(qiáng)了膜的機(jī)械穩(wěn)定性。分離結(jié)果表明，TU-GOF膜對(duì)H2具有高選擇性，如H2/CO2、H2/N2和H2/CH4理想選擇性達(dá)~200，H2滲透速率為10-7mol/m2/s/Pa。這是GO基膜首次基于二維層間篩分實(shí)現(xiàn)H2高效分離，且性能遠(yuǎn)高于聚合物膜的Robeson上限，也優(yōu)于大部分無(wú)機(jī)膜。

　　2018年石墨烯的研發(fā)方向主要是朝著新領(lǐng)域和更輕便兩方面發(fā)展，在石墨烯的材質(zhì)和與其他技術(shù)的融匯中都有了非常大的進(jìn)步，相信在未來(lái)，石墨烯一定還會(huì)有更多的發(fā)展空間。