翟茂林教授課題組在石墨烯及其納米復(fù)合材料輻射功能化研究方面取得重要進(jìn)展
時間：2021-04-06 17:02:02學(xué)院：化學(xué)與分子工程學(xué)院學(xué)校：北京大學(xué)
?? 石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成二維蜂窩狀六角晶格的平面薄膜，是目前已知最薄的一種材料。石墨烯擁有巨大的比表面積，優(yōu)異的導(dǎo)電性，熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能，在航天軍工、超級電容器、可折疊顯示屏等諸多領(lǐng)域有潛在應(yīng)用。目前石墨烯的制備方法主要包括微機(jī)械剝離法、外延生長法、氧化石墨還原法和氣相沉積法。其中氧化石墨還原法是成本最低且最容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的石墨烯制備方法。常規(guī)的化學(xué)法還原過程中需要用到有毒的還原劑（肼、硼氫化鈉等）或要求在高溫或強(qiáng)腐蝕性條件下進(jìn)行，這些都制約了石墨烯的宏量制備。最近，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院的翟茂林教授課題組在石墨烯及其納米復(fù)合材料的輻射功能化研究方面取得系列重要進(jìn)展。
?? 該課題組率先利用 γ 輻照還原法制備出性能優(yōu)異的石墨烯納米片。研究發(fā)現(xiàn)，N,N-二甲基甲酰胺 (DMF)溶劑在輻照過程中產(chǎn)生的溶劑化電子可以高效還原氧化石墨，同時DMF輻解生成的N(CH3)2+通過靜電作用吸附到石墨烯表面，從而使制備的石墨烯納米片在多種有機(jī)溶劑及聚合物中具有良好的分散能力。制備的石墨烯/聚苯乙烯復(fù)合材料的滲流閾值低至0.24 vol.%，在石墨烯體積分?jǐn)?shù)僅為2.3 vol.%時，聚合物的電導(dǎo)率高達(dá)45 S/m，優(yōu)于化學(xué)還原法得到的石墨烯/聚苯乙烯復(fù)合物，達(dá)到高導(dǎo)電塑料的標(biāo)準(zhǔn)（Journal of Materials Chemistry,2012, 22 (26): 13064 -13069；中國發(fā)明專利，201210138975.1），這項(xiàng)研究成果被選為Journal of Materials Chemistry的Hot article,并在該刊物的Blog上被編輯highlighted。
??? 在上述工作基礎(chǔ)上，該課題組通過γ射線一步還原制備了鉑納米粒子修飾的石墨烯，并將其應(yīng)用于超級電容器的性能研究。研究發(fā)現(xiàn)γ輻照能夠誘導(dǎo)鉑金屬前驅(qū)體與氧化石墨同步還原，形成均勻分散的鉑納米粒子與高度還原的石墨烯片層納米復(fù)合材料。制備的鉑-石墨烯納米復(fù)合物作為超級電容器電極材料在不損失長周期循環(huán)性的基礎(chǔ)上，表現(xiàn)了比單純的還原氧化石墨烯更高的比電容，并克服了傳統(tǒng)復(fù)合電極材料大電流倍率性低的缺點(diǎn)(Journal of Materials Chemistry C, 2013, 1, 321-328；中國發(fā)明專利，201210239602.3）。
??? 該課題組還發(fā)現(xiàn)在水體系中加入少量咪唑離子液體能夠?qū)ρ趸妮椛溥€原起到關(guān)鍵作用，并且可以促進(jìn)銀納米粒子的分散、控制銀納米粒子的粒徑分布。制備得到的銀-石墨烯納米復(fù)合物具有良好的表面增強(qiáng)拉曼活性（Carbon, DOI：10.1016/j.carbon.2012.12.033) 。這些研究建立了一種簡便、高收率、低成本宏量制備石墨烯及其納米復(fù)合物的新方法。
此外，他們與北京化工大學(xué)于中振教授組合作采用乙二胺和DMF對氧化石墨改性，制備的胺基化石墨烯具有優(yōu)異的Cr(VI)移除能力，是活性炭的27倍，在吸附過程中石墨烯同時將Cr(VI)還原為低毒的Cr(III)，還原的電子來源于石墨烯的π電子（Journal of Materials Chemistry, 2012, 22:5914-5916；Journal of Materials Science, DOI:10.1007/s10853-012-6951-8）。
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