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《以秒为单位的水电解氧化合成氧化石墨烯。》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2018-01-16

  • 氧化石墨烯是印刷电子、催化、储能、分离膜、生物医药和复合材料的理想材料。然而，目前的合成方法依赖于石墨与混合强氧化剂的反应，它们受到爆炸风险、严重的环境污染和长时间的反应时间长达数百小时。在此，我们报告了一种可伸缩的、安全的、绿色的合成石墨烯氧化物的方法，该方法以石墨的水电解氧化为基础。在电化学氧化反应中，石墨晶格在几秒钟内被完全氧化，所获得的石墨烯氧化石墨烯与现有的方法相似。我们还讨论了石墨烯氧化物的合成机理和连续和受控的合成，以及它用于透明导电薄膜、强纸和超轻弹性气凝胶的应用。

    ——文章发布于2018年1月10日

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  • 《科普 | 氧化石墨烯薄膜在集成光学器件中的应用》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2020-12-17
    • 氧化石墨烯块体材料的人工合成最早在1859年由牛津大学科学家Brodie实现。自从2004年单层石墨烯合成引发二维材料的研究井喷式增长以来，二维氧化石墨烯薄膜的研究也随之广泛开展。和石墨烯相比，氧化石墨烯材料结构中除了含有正六边形的碳环外，还有许多的含氧官能团如羟基（-OH）、羧基（-COOH）及碳氧双键（=O）。这些含氧官能团的比例可以通过物理或者化学方法进行调节，从而进一步调节氧化石墨烯的材料带隙和性质。此外，氧化石墨烯的合成可以在溶液中进行，这使得其合成相较于其他二维材料的化学气相沉积合成更加简便，适合大规模的器件制备和工业开发。因氧化石墨烯薄膜具有以上优异的特性，迅速引起了科研工作者们的关注，被广泛应用到于太阳能电池、水净化、传感器、显示成像，造纸，光学非线性及DNA检测等诸多领域。 图1. 石墨烯和氧化石墨烯的对比 从工业开发和器件制备角度，尽管二维材料成为科研热点，但是大多数二维材料受限于合成方法的制约，只能通过机械转移的方法引入微纳尺度的集成器件，这使得其很难在器件层级实现材料厚度和尺寸的精确控制，从而大大限制了其在实际工程中的应用。相较于其他二维材料，氧化石墨烯的制备可以利用自组装的方法实现了氧化石墨烯薄膜在硅和二氧化硅衬底上的大面积、高均匀性沉积。该沉积方法可以实现单层氧化石墨烯薄膜（厚度约2 nm）的逐层沉积，从而实现对厚度的精确控制。在此基础上，结合半导体器件中的标准光刻和剥离制备工艺可实现其尺寸和位置的精确控制。此外，通过调节氧化石墨烯中含氧官能团的数量，可以调节材料的化学，电学及光学性质，进而满足实际应用中的不同需求。 斯威本科技大学团队总结归纳了近年来氧化石墨烯薄膜在集成光学器件中的应用，首先总结对比了氧化石墨烯和石墨烯的光学特性，包括线性光学性质和非线性光学性质。然后，详细介绍了氧化石墨烯的化学合成和片上集成制备，并介绍了多种调控含氧官能团的方法。在此基础上，分类总结了含有氧化石墨烯薄膜的集成光学器件，包括太阳能吸收器、光学透镜、全息显示、起偏器、传感器、克尔光学非线性器件、饱和吸收光学器件、发光二极管、光电探测器等。最后，对氧化石墨烯薄膜在集成光学器件中未来的发展方向进行了展望。 这一成果近期发表在Advanced Materials 上，斯威本科技大学讲师吴佳旸博士为该论文的第一作者，斯威本科技大学贾宝华教授和David Moss教授为共同通讯作者。
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  • 《氧化石墨烯的化学还原(rGO)》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-05-15
    • rGO技术及其相关过程的基础是Brodie法，后来成为Hummers法。该技术的变体随后从悍马方法发展而来。 rGO技术以石墨为原料，与硫酸混合作为插层剂，高锰酸钾作为氧化剂。 当这种混合物在高温下加热时，就会产生氧化石墨烯(GO)。氧化石墨烯是一种石墨烯材料，其表面有氧气装饰。氧化石墨烯还可以通过化学和热学的方法还原(去除材料中大量氧含量的过程)为石墨烯，进一步通过超声波、漂洗和分散。 在制备还原氧化石墨烯之前，必须先制备氧化石墨烯。要制备氧化石墨烯，你必须从氧化石墨烯开始，一旦你得到了氧化石墨烯，有三种方法来还原生成还原氧化石墨烯。这些方法可以是热的、化学的或电化学的。 还原方法 氧化石墨烯中氧的还原方法多种多样，包括高温处理(>1000 C)、化学还原和光学或微波辅助还原。 热退火 在热退火过程中，氧化石墨被迅速加热，以触发一氧化碳和二氧化碳气体在石墨烯层之间的突然表达。这一过程将材料分离，生成剥离的石墨烯。 虽然这一过程的优点是不需要另一个还原步骤，但加热过程确实会对石墨烯造成严重损害。据估计，多达30%的石墨烯在热退火过程中被破坏。 另一种方法是将氧化石墨剥离成氧化石墨烯后进行热还原。这一过程需要超过700摄氏度的极高温度，但结果却很好，尽管这一过程需要很高的能量。 由于rGO过程，石墨烯的晶格结构中引入了大量缺陷。此外，该工艺还会导致化学不均匀性，从而影响批次之间的重现性。同样，这种形式的物质也很难描述。 然而，rGO确实有一些好处。单层石墨烯是有可能的，这种材料能够在一定范围的溶剂中很好地分散，也有可能获得高产量。 可伸缩性和市场地位 rGO技术既简单又可高度扩展。尽管有许多不同的技术方法，但其中存在两个问题。首先，这种工艺会对石墨烯晶格造成永久性损伤，其次，它还需要额外的处理步骤，这会增加整个过程的成本。 还原过程没有去除所有附着在石墨烯表面的基团，而且从石墨烯中去除氧会在晶格结构中留下空隙，这对还原过程产生的石墨烯的电学和光学性能有不利影响。 因此，rGO石墨烯在高端电子或光学设备中无法找到应用。例如，rGO石墨烯不具有取代或替代触摸屏中使用的氧化铟锡(ITO)所需的片状电阻。虽然热还原技术可以提高rGO在这一应用中的性能，但考虑到其性能，它并不是ITO的竞争对手。 在还原氧化石墨烯过程中，成本也是要考虑的一个重要因素。氧化和还原步骤的需要增加了与该过程相关的成本，并使rGO在竞争低价值和高产量应用时处于不利地位。这些昂贵的额外步骤也意味着还原氧化石墨烯在许多应用中很难被用作普通形式碳(如炭黑)的替代品。 总结 总的来说，与还原氧化石墨烯过程相关的成本和还原氧化石墨烯的性能特性限制了它在某些应用程序中的成功。随着rGO工艺的发展，大规模生产将降低该工艺的成本。 与所有形式的石墨烯一样，可能不适合某一种应用的材料将非常适合另一种应用。氧化石墨烯(氧化石墨烯)和还原氧化石墨烯(还原氧化石墨烯)是这种动态的完美例子，适用于适用于特定应用的不同形式的石墨烯材料。
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