江苏制备氧化石墨烯

    当今世界面临着严峻的环境与能源挑战。传统能源如煤、石油的不断消耗以及环境的日益恶化严重影响了人类的日常生活以及社会的正常发展。因而开发更为高效与环境友好的能源设备越来越得到人们的强烈关注。为**的初代锂离子二次电池以其在能量密度与操作电压上明显优于传统铅酸与镍镉电池的优势，迅速应用于便携电子设备电池市场。其后，随着具有环境友好、成本低廉、循环性能稳定等诸多优势的以磷酸铁锂为**的正极材料的报道［6，7］，锂离子二次电池的应用也扩展到混合动力汽车与纯电动汽车领域。然而目前锂离子电池电极材料还存在着诸多问题，如较低的电子电导率与锂离子迁移效率、嵌脱锂过程中巨大的体积变化、电极材料与电解液的副反应造成的容量损失以及活性物质不可逆的结构变化制约材料的循环稳定性等。另外，由于目前常用的锂离子电池正极材料固有的理论容量限制，实际应用的锂离子电池的比能量密度很难突破250Wh/kg［8］，因而难以满足其在高比能量电池领域的长远发展。在这种背景下，锂硫电池作为一种新的电化学储能体系，以其超高的理论能量密度(2600Wh/kg)以及单质硫储量丰富、环境友好的特点，成为高比能二次电池的研究热点。 石墨烯复合材料可用于注射和挤出成型制件，作为粒子材料应用于矿用管、给水管及汽车电器配件等领域。江苏制备氧化石墨烯

材料应用范围很广。氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团。氧化石墨烯复合材料包括聚合物类复合材料以及无机物类复合材料更是具有广泛的应用领域，因此氧化石墨烯的表面改性成为另一个研究重点。石墨烯通常可由氧化石墨烯还原得到，其主要的制备方法有机械剥离法、化学还原法、溶剂热还原法、光催化还原法、化学气相沉积法等。其中，化学还原法由于具有成本低、工艺简单易控等特点而备受科研工作者的推崇。目前，用于制备还原氧化石墨烯或石墨烯的化学还原剂主要有钠与硼氢化钠混合液、硼氢化钠和硫酸混合液、氢碘酸、氢碘酸与乙酸混合液，钠-氨，对苯二酚，维生素C-氨基酸，L-对抗坏血酸，锌粉，铝粉，铁，碱，水合肼，二甲基肼，硫化氢以及氢化钠等。然而，在利用这些还原剂的过程中，高温、大量有机溶剂以及有毒药品的使用限制了大规模生产还原氧化石墨烯。因此，开发一种简单易行、反应条件温和、生产成本低、环境友好型的还原氧化石墨烯的方法是十分必要的。江苏制备氧化石墨烯因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

智能手机、平板电脑等便携式设备的普及为人们的生活带来了极大的便利。但是，其中的高速处理器等电子组件会产生不良的电磁能量，这不仅会损害电子组件自身的使用寿命、干扰其他组件的功能，还会对人体健康带来危害。石墨烯薄膜具有优异的电学性能及热学性能，被认为是相当有发展前景的超薄电磁屏蔽材料。郑**教授团队［５６］通过蒸发自组装法制备了大面积ＧＯ薄膜。经过石墨化处理后，所得石墨烯薄膜具有出色的性能，其电磁屏蔽性能和面内热导率分别可达２０ｄＢ、１１００ＷＦｅｎｇＷ等人通过叠层热压技术成功制备了含有石墨烯纳米片（ＧＮＰ）和Ｎｉ纳米链的复合膜（ＨＡＭＳ）。通过将Ｎｉ纳米链和ＧＮＰ选择性地分布在不同的层中，其比较好电导率、屏蔽效果和面内热导率分别可以达到７６．８Ｓｍ＇５１．４ｄＢ和８．９６ＷＨ１－１Ｋ－１。

在声学领域，利用石墨烯材料极低的质量密度、极薄的厚度以及极高的机械强度的优异特性，其可作为振膜应用于发声器件中，可获得优异的频谱特性。第六元素研发的石墨烯振膜，经过客户测试，该石墨烯发声器件具有非常好的频谱特性，保真度高。溶剂剥离法的原理是将少量的石墨分散于溶剂中，形成低浓度的分散液，利用超声波的作用破坏石墨层间的范德华力，此时溶剂可以插入石墨层间，进行层层剥离，制备出石墨烯。此方法不会像氧化-还原法那样破坏石墨烯的结构，可以制备高质量的石墨烯。在氮甲基吡咯烷酮中石墨烯的产率比较高(大约为8%)，电导率为6500S/m。研究发现高定向热裂解石墨、热膨胀石墨和微晶人造石墨适合用于溶剂剥离法制备石墨烯。溶剂剥离法可以制备高质量的石墨烯，整个液相剥离的过程没有在石墨烯的表面引入任何缺陷，为其在微电子学、多功能复合材料等领域的应用提供了广阔的应用前景。缺点是产率很低。氧化石墨烯的含氧官能团可以用于晶体的结合位点。

单层石墨烯在室温下的热导率超过５０００Ｗｎｒ１ＩＣ１，因此被作为用于热管理系统中的理想热管理材料。近年来，人们发现取向三维石墨烯网络结构能够为热量传递提供有效路径，因此在散热材料和相变材料领域具有广阔的应用前景。刘忠范院士团队［３９］合成了用作热管理材料的石墨烯气凝胶／十八烷酸相变复合材料，在填充含量为２０ｖｏｌ％时热导率约为２．６３５Ｗｍ－１Ｋ－１，且其垂直分布的石墨烯纳米片提供了更大的光吸收及热交换面积，显著提高了太阳能的光－热转换及存储效率，远远优于其他传统的光－热转换材料。氧化石墨烯分散液可与复合材料进行原位复配，从而赋予复合材料导电、导热、增强、阻燃、抑菌等性能。江苏制备氧化石墨烯

石墨烯可应用于橡胶、塑料、树脂、纤维等高分子复合材料领域，从而提高复合材料的机械性能。江苏制备氧化石墨烯

虽然石墨烯独特的二维片层结构可以为硫提供大量的附着位点，但多硫化物仍可从这种开放的二维结构的开口端扩散入电解液，石墨烯/硫复合结构所制备的电极仍不可避免的在循环过程中不断损失容量。以氧化石墨烯为硫负载体时，其特点是不但对硫具有物理吸附能力，还因其所含的大量官能基团与硫的化学键合展现出对硫的化学吸附能力，从而可提升复合结构的循环稳定性。氧化石墨烯类材料因其自身含有大量的表面官能基团可对硫形成额外的化学吸附能力，从而改善硫电极的循环性能，但由于氧化石墨烯本身导电能力较差，因此所制备的复合材料往往无法发挥出较高的倍率性能。因此，目前的一个研究方向是通过将石墨烯进行表面化学改性，在引入孔结构或者其他官能团来提升其对硫的物理或化学吸附的同时，不影响石墨烯本体的高导电能力，从而获得在高倍率下仍可稳定循环的锂硫电池。江苏制备氧化石墨烯