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上海交大:绿色安全经过电化学办法出产氧化石墨烯的最新开展
发布时间:2022-02-16 14:37:03 来源:米乐游戏下载中心
 
 

  人们对开发高效出产氧化石墨烯(GO)的途径有着广泛的爱好。虽然惯例化学氧化被广泛用于组成GO,但它存在一些内涵问题,例如反响时间长,爆破危险和环境污染。最近对电化学办法的探究打破GO组成的,即在几小时内绿色和安全地批量出产高质量GO。在本文中,报告了GO的电化学组成原理,而且将开展总结为一锅组成和两步法,重点是产品的质量和数量。此外,概述了与高质量GO的电化学出产相关的挑战和未来研讨方向。

  一般运用双电极体系,其间石墨资料(例如,石墨棒,粒料和薄片)用作作业电极(阳极)而且Pt用作对电极(阴极)。运用 Pt是因为它是水分解成氢气的互补复原反响的杰出催化剂,而它的本钱很高,因而关于它的扩大是不实用的。电化学进程。在一些报导中,石墨资料(例如,石墨棒和铅笔)用作阳极和阴极用于电化学剥离,这能够大大下降出产本钱。可是,在这种电化学体系中,除非将电池分红独自的氧化复原部分,不然很难从阴极和阳极反响中辨认产品。除了上面评论的惯例设备之外,还报导了四种新颖的电化学设备,其能够增强电触摸并因而改进GO的氧化程度。

  偏置电压或电流对高效GO出产起着重要作用。在一锅反响中施加的电压/电流能够分为三类:(1)稳定电压/电流,(2)伏安法扫描,和(3)两个电位之间的重复替换。

  图2.由Cao等人组成的GO的形状和微观结构。(a)SEM图画,(b)TEM图画,(c)AFM图画,和(d)GO的计算厚度剖析

  图3.经过水电解氧化电化学组成GO。(a)组成办法的计划。(b-e)质料和每步得到的产品的相片。b-d中的比例尺:1毫米

  在GO的电化学组成方面的开展在一锅组成和两步法方面进行了总述。在大多数情况下,双电极体系用于GO组成,其间石墨资料用作作业电极而且Pt(或石墨)用作对电极。此外,开发了一些新的设置,重点是增强电触摸。除了原始石墨电极资料外,电解质(即类型和浓度)和施加的电压/电流(即类型和巨细)也在GO的电化学出产中起重要作用。

  来自石墨的GO的电化学组成包含三个进程:(1)嵌入,(2)氧化,和(3)剥离。有用的嵌入需求高浓度的电解质以及恰当的电压,而较低浓度的电解质和较高的电压关于氧化进程是优选的。这些彼此对立的要求可能是构成一锅电化学进程中发生的GO的相对低的氧化程度和低产率的原因。相反,在GO的两步电化学出产中完成了有用嵌入和氧化的有利条件,导致具有可控氧化水平的高质量GO的超快速大规划出产。这是GO组成的打破。

  电化学进程中的剥离进程很少遭到重视,一般与氧化进程结合。GO的氧化程度能够直接遭到剥离的影响,即,当电路因为氧化的GIC的彻底剥离而开裂时,氧官能化停止。因而,假如经过操控电化学操作条件来阻挠气体逸出或供给机械辅佐以保证电触摸,则能够在氧化进程中按捺剥离,能够大大进步官能化水平。随后,将进行独自的剥离进程(例如,电化学剥离,超声处理,微波辐射和剪切混合)以取得薄GO片。这答应开发具有独立嵌入,氧化和剥离进程的三步电化学进程,这能够进一步改进所发生的GO的质量和数量。

  进步反响温度能够经过弱化石墨夹层的范德华力来增强电化学嵌入和剥离,可是能够经过按捺含氧自由基的发生来约束GO的氧化水平。可是,到目前为止,还没有研讨来评价这种温度效应。此外,电能和热能之间的结合可能会发生一些风趣的现象,需求进一步研讨。

  在大多数电化学办法中,所发生的GO中的首要含氧官能团是环氧基和羟基。最近的一项研讨标明,当用作膜时,电化学取得的GO显示出比化学取得的GO更高的稳定性和更好的离子筛,这归因于其低羧基含量和高羟基含量。可是,调整含氧官能团的类型和数量,即添加GO中羰基和羧基的量,是一个风趣且重要的研讨方向,这能够改动其性质,包含分散性,电导率,毒性和吸附才能,以进步其运用。经过两步法组成的GO含有一些羰基和羧基,其量乃至与运用Hummers法制备的羰基和羧基适当,这可能是一种很有远景的技能。

  在GO的电化学出产中,在其基面中完成具有羰基和羧基的GO的高氧化度仍然是具有挑战性的,需求深入研讨其构成机理。此外,还需求更先进的技能设计和更廉价的反电极,其能够代替Pt,以便在工业规划上加快GO的电化学出产。虽然需求进一步研讨,但与电化学GO组成相关的现有常识已经成为探究石墨烯功用化办法以及其他二维资料组成办法的十分有价值的根底,将加快整个范畴的开展。



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