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多孔石墨烯和石墨烯區別
多孔石墨稀是石墨稀的一種新型衍生物，是指在石墨烯的二維基面上具有納米級孔道的碳材料。與完美晶格的石墨烯相比，具有空位的多孔石墨烯由于缺陷的存在，從而產(chǎn)生很多特有的性質(zhì)
2019-01-09 16:30:41上海儒佳機電科技有限公司537
多孔石墨烯是指在二維基面上具有納米級孔隙的碳材料，是近年來(lái)石墨烯缺陷功能化的研究熱點(diǎn)。多孔石墨烯不僅保留了石墨烯優(yōu)良的性質(zhì)，而且相比惰性的石墨烯表面，孔的存在促進(jìn)了物質(zhì)運輸效率的提高，特別是原子級別的孔可以起到篩分不同尺寸的離子/分子的作用。更重要的是，孔的引入還有效地打開(kāi)了石墨烯的能帶隙，促進(jìn)了石墨烯在電子器件領(lǐng)域的應用。
光刻蝕法是指利用高能的電子束、離子束或者光子束轟擊石墨稀片層，用電子、離子或光子把碳原子從晶格中轟擊出來(lái)，從而形成孔洞結構缺陷的方法。研究者將石墨粉在異丙醇里超聲處理48h，然后離心取上清液滴在微柵上自然晾干，通過(guò)掃描電子顯微鏡對石墨烯進(jìn)行刻蝕，可在石墨烯表面形成直徑小于10nm的孔。研究人員發(fā)現，利用重離子加速器提供的高能重離子對大面積石墨烯復合結構進(jìn)行照射，也可以在石墨烯上形成納米孔。
光刻技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：能得到高質(zhì)量的多孔石墨烯結構，缺點(diǎn)是：操作成本高，刻蝕過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生污染物，并會(huì )打亂孔周?chē)荚拥呐帕?，進(jìn)而影響其對導電離子的運輸性能。
2.碳熱還原法
碳熱還原法是將氧化石墨烯中的碳作為還原劑，還原金屬氧化物得到金屬單質(zhì)，而碳原子在此過(guò)程中被刻蝕。國家納米科學(xué)中心韓寶航研究員課題組利用碳熱還原法，將石墨烯氧化物和金屬氧酸鹽或多金屬氧酸鹽在高溫條件下產(chǎn)生石墨烯與金屬氧化物納米顆粒，兩者之間發(fā)生類(lèi)似于焦炭高爐煉鐵過(guò)程中的碳熱還原反應，金屬氧化物被石墨烯上的碳還原成金屬或形成金屬碳化物，而參與碳熱還原反應的碳原子以二氧化碳或一氧化碳形式離開(kāi)石墨烯片層，從而在石墨烯片層上刻蝕出納米級的孔隙，即形成多孔石墨烯。
碳熱還原反應刻蝕制備多孔石墨烯優(yōu)點(diǎn)是：適用范圍廣，同時(shí)制備量可以放大并不受方法的限制。
3.濕法刻蝕法
濕法刻蝕法也稱(chēng)為濕化學(xué)刻蝕法，是一種化學(xué)腐蝕技術(shù)。它主要是利用蝕刻劑與待雕刻材料之間的化學(xué)反應溶解薄膜，以達到刻蝕的目的。KOH是對多孔碳材料進(jìn)行活化時(shí)經(jīng)常被用到的有效試劑。碳材料經(jīng)活化之后，表面生成的無(wú)機鹽會(huì )影響碳原子的電子分布，進(jìn)而形成刻蝕。由此得到的疏松多孔結構將極大地提高碳材料的比表面積。先對石墨烯進(jìn)行微波膨脹，再用KOH溶液浸泡，熱還原處理制備得到多孔石墨烯。其表面積達到3100m2/g，高于石墨烯的理論表面積2630m2/g，孔徑變化范圍在0.6～5nm。
4.模板法
模板法是以具有微孔或介孔結構的有機或無(wú)機納米材料為模板構型來(lái)控制修飾材料的形貌，從而改變材料特性的一種合成方法。國內哈爾濱工業(yè)大學(xué)、武漢理工大學(xué)研究者通過(guò)通過(guò)模板法，將不同尺寸石墨烯的組裝，構建了多維石墨烯納米線(xiàn)與三維多孔石墨烯一體全
石墨烯柔性電極材料。其工藝過(guò)程是利用大尺寸石墨烯包覆在多孔鎳網(wǎng)上，然后利用小尺寸石墨烯與聚苯乙烯微球模板制作混合溶液滴到鎳網(wǎng)微孔中；在鎳網(wǎng)上得到多維石墨烯一體電極材料的前驅體；通過(guò)不同的退火溫度下結構演變圖，800℃退火取出模板后，刻蝕掉鎳網(wǎng)骨架后得到多維石墨烯納米線(xiàn)與三維多孔石墨烯一體化全石墨烯柔性電極材料。
該材料具有介于石墨與石墨烯之間的晶格特征，其在作為鋰離子電池的負極材料時(shí)，展現了介于石墨與石墨烯之間的充放電平臺，大的比容量，優(yōu)異的倍率性能以及超長(cháng)的循環(huán)壽命，其作為石墨烯組裝體家族的新成員，在未來(lái)柔性輕便穿戴電極材料中具有廣闊應用前景。
什么是多孔石墨烯？多孔石墨稀是石墨稀的一種新型衍生物，是指在石墨烯的二維基面上具有納米級孔道的碳材料。與完美晶格的石墨烯相比，具有空位的多孔石墨烯由于缺陷的存在，從而產(chǎn)生很多特有的性質(zhì)，如開(kāi)放的能帶間隙、堅韌的機械性能及超大的比表面積等，進(jìn)而使多孔石墨烯在強化本征石墨烯光學(xué)、催化、傳感和電化學(xué)儲能性能等領(lǐng)域有著(zhù)更為廣泛的應用。
多孔石墨烯的制備方法有哪些？多孔石墨烯的制備方法主要包括光刻蝕法、碳熱還原法、濕法刻蝕、模板法、溶劑熱法和化學(xué)氣相沉積法。
1.光刻蝕法光刻蝕法是指利用高能的電子束、離子束或者光子束轟擊石墨稀片層，用電子、離子或光子把碳原子從晶格中轟擊出來(lái)，從而形成孔洞結構缺陷的方法。研究者將石墨粉在異丙醇里超聲處理48h，然后離心取上清液滴在微柵上自然晾干，通過(guò)掃描電子顯微鏡對石墨烯進(jìn)行刻蝕，可在石墨烯表面形成直徑小于10nm的孔。研究人員發(fā)現，利用重離子加速器提供的高能重離子對大面積石墨烯復合結構進(jìn)行照射，也可以在石墨烯上形成納米孔。
光刻技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：能得到高質(zhì)量的多孔石墨烯結構，缺點(diǎn)是：操作成本高，刻蝕過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生污染物，并會(huì )打亂孔周?chē)荚拥呐帕?，進(jìn)而影響其對導電離子的運輸性能。
2.碳熱還原法
碳熱還原法是將氧化石墨烯中的碳作為還原劑，還原金屬氧化物得到金屬單質(zhì)，而碳原子在此過(guò)程中被刻蝕。國家納米科學(xué)中心韓寶航研究員課題組利用碳熱還原法，將石墨烯氧化物和金屬氧酸鹽或多金屬氧酸鹽在高溫條件下產(chǎn)生石墨烯與金屬氧化物納米顆粒，兩者之間發(fā)生類(lèi)似于焦炭高爐煉鐵過(guò)程中的碳熱還原反應，金屬氧化物被石墨烯上的碳還原成金屬或形成金屬碳化物，而參與碳熱還原反應的碳原子以二氧化碳或一氧化碳形式離開(kāi)石墨烯片層，從而在石墨烯片層上刻蝕出納米級的孔隙，即形成多孔石墨烯。
碳熱還原反應刻蝕制備多孔石墨烯優(yōu)點(diǎn)是：適用范圍廣，同時(shí)制備量可以放大并不受方法的限制。
3.濕法刻蝕法
濕法刻蝕法也稱(chēng)為濕化學(xué)刻蝕法，是一種化學(xué)腐蝕技術(shù)。它主要是利用蝕刻劑與待雕刻材料之間的化學(xué)反應溶解薄膜，以達到刻蝕的目的。KOH是對多孔碳材料進(jìn)行活化時(shí)經(jīng)常被用到的有效試劑。碳材料經(jīng)活化之后，表面生成的無(wú)機鹽會(huì )影響碳原子的電子分布，進(jìn)而形成刻蝕。由此得到的疏松多孔結構將極大地提高碳材料的比表面積。先對石墨烯進(jìn)行微波膨脹，再用KOH溶液浸泡，熱還原處理制備得到多孔石墨烯。其表面積達到3100m2/g，高于石墨烯的理論表面積2630m2/g，孔徑變化范圍在0.6～5nm。
4.模板法
模板法是以具有微孔或介孔結構的有機或無(wú)機納米材料為模板構型來(lái)控制修飾材料的形貌，從而改變材料特性的一種合成方法。國內哈爾濱工業(yè)大學(xué)、武漢理工大學(xué)研究者通過(guò)通過(guò)模板法，將不同尺寸石墨烯的組裝，構建了多維石墨烯納米線(xiàn)與三維多孔石墨烯一體全
石墨烯柔性電極材料。其工藝過(guò)程是利用大尺寸石墨烯包覆在多孔鎳網(wǎng)上，然后利用小尺寸石墨烯與聚苯乙烯微球模板制作混合溶液滴到鎳網(wǎng)微孔中；在鎳網(wǎng)上得到多維石墨烯一體電極材料的前驅體；通過(guò)不同的退火溫度下結構演變圖，800℃退火取出模板后，刻蝕掉鎳網(wǎng)骨架后得到多維石墨烯納米線(xiàn)與三維多孔石墨烯一體化全石墨烯柔性電極材料。
該材料具有介于石墨與石墨烯之間的晶格特征，其在作為鋰離子電池的負極材料時(shí)，展現了介于石墨與石墨烯之間的充放電平臺，大的比容量，優(yōu)異的倍率性能以及超長(cháng)的循環(huán)壽命，其作為石墨烯組裝體家族的新成員，在未來(lái)柔性輕便穿戴電極材料中具有廣闊應用前景。
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