金属催化剂辅助电化学法剥离石墨烯及其应用

石墨烯在电子打印、储能、催化、生物医药以及复合材料方面具有很大的应用潜力。目前工业化生产氧化石墨烯的过程中,大量使用强酸和强氧化试剂不仅具有爆炸的危险,而且污染环境。如何利用天然鳞片石墨做原材料来规模化生产石墨烯,并且做到绿色安全环保是一个十分重要的课题。因此,本课题提出“原位产酸”的思路,采用金属催化剂辅助电化学方法剥离石墨烯,将石墨负载于金属催化剂上,利用金属催化剂产生的局域强酸化学环境提高石墨烯的剥离效率,并且提出一种石墨烯尺寸分离的思路,利用雾化法得到微米级液滴分离出小尺寸石墨烯,同时将石墨烯制备成自支撑薄膜进储能和热管理应用,具体内容如下:(1)提出通过“原位产酸”的思路,利用金属对于OER过程的催化作用制造局域的强酸环境实现了石墨烯的高效电化学剥离。优化筛选出了产率最高的镍钛催化剂,该催化剂能够使1-3层的石墨烯占比达到91%,尺寸大多在10μm左右。(2)利用微米级雾化液滴的“尺寸限域作用”实现了石墨烯的高效尺寸分离,能够将分离出的小尺寸石墨烯精准控制在4μm以内。(3)研究了利用上述方法获得的石墨烯的自支撑薄膜超电容行为和热导特性,测得石墨烯薄膜的电容容量最高为99 F/g;石墨烯薄膜经3000℃高温处理被“石墨化”后,其热导率最高可以达到761 W·m~(-1)·K~(-1)远远高于金属铜。