多孔石墨烯和石墨烯區(qū)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554

多孔石墨烯是指在二維基面上具有納米級孔隙的碳材料，是近年來石墨烯缺陷功能化的研究熱點。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了石墨烯的能帶隙，促進了石墨烯在電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用。

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)，如開放的能帶間隙、堅韌的機械性能及超大的比表面積等，進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)域有著更為廣泛的應(yīng)用。

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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，從而形成孔洞結(jié)構(gòu)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，通過掃描電子顯微鏡對石墨烯進行刻蝕，可在石墨烯表面形成直徑小于10nm的孔。研究人員發(fā)現(xiàn)，利用重離子加速器提供的高能重離子對大面積石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)進行照射，也可以在石墨烯上形成納米孔。
光刻技術(shù)優(yōu)點是：能得到高質(zhì)量的多孔石墨烯結(jié)構(gòu)，缺點是：操作成本高，刻蝕過程中會產(chǎn)生污染物，并會打亂孔周圍碳原子的排列，進而影響其對導(dǎo)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)生類似于焦炭高爐煉鐵過程中的碳熱還原反應(yīng)，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(yīng)的碳原子以二氧化碳或一氧化碳形式離開石墨烯片層，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(yīng)刻蝕制備多孔石墨烯優(yōu)點是：適用范圍廣，同時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(yīng)溶解薄膜，以達到刻蝕的目的。KOH是對多孔碳材料進行活化時經(jīng)常被用到的有效試劑。碳材料經(jīng)活化之后，表面生成的無機鹽會影響碳原子的電子分布，進而形成刻蝕。由此得到的疏松多孔結(jié)構(gòu)將極大地提高碳材料的比表面積。先對石墨烯進行微波膨脹，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(jié)構(gòu)的有機或無機納米材料為模板構(gòu)型來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(nèi)哈爾濱工業(yè)大學(xué)、武漢理工大學(xué)研究者通過通過模板法，將不同尺寸石墨烯的組裝，構(gòu)建了多維石墨烯納米線與三維多孔石墨烯一體全
石墨烯柔性電極材料。其工藝過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(qū)體；通過不同的退火溫度下結(jié)構(gòu)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(fù)極材料時，展現(xiàn)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的循環(huán)壽命，其作為石墨烯組裝體家族的新成員，在未來柔性輕便穿戴電極材料中具有廣闊應(yīng)用前景。