【头条】CVD法也可以低成本!刘忠范课题组利用硅藻土模板制备溶剂分散的石墨烯!

烯碳资讯 2018-06-12 14:08:54



小烯导读


       高质量和大规模是石墨烯制备的重要发展方向。如果说早期研究的关注点分别是“做好”和“做多”石墨烯,那么目前的研究已经进入了追求“又好、又多、又便宜”的阶段。最近,北京大学刘忠范课题组提出用天然硅藻土作为模板,用CVD方法制备石墨烯粉末的方法。这一方法采用了极少流量的甲烷作为碳源,确保了产物的低成本性。


高质量和大规模是石墨烯制备的重要发展方向。如果说早期研究的关注点分别是“做好”和“做多”石墨烯,那么目前的研究已经进入了追求“又好、又多、又便宜”的阶段。最近,北京大学刘忠范课题组提出用天然硅藻土作为模板,用CVD方法制备石墨烯粉末的方法。这一方法采用了极少流量的甲烷作为碳源,确保了产物的低成本性。


  CVD能够提供原子级层数可控的高结晶度石墨烯,并且具有较低的缺陷浓度。由于硅藻土的模板作用,石墨烯粉体在孔洞内限域生长,保留了模板的三维结构。同时避免了片层堆叠,使得产物在溶剂中具有良好的分散性,为溶液法制造电极提供了可能。


图1 硅藻土模板法制备石墨烯粉末图示及表征


  如图1所示,硅藻土生长石墨烯使得粉末由白色变为浅灰色。通过湿法刻蚀硅藻土,可以得到大量的黑色石墨烯粉末(HBG),拉曼光谱显示有石墨烯的特征峰G峰和2D峰。



图2 石墨烯的溶液分散性和溶液法制备透明导电膜


  这一方法制备得到的石墨烯保留了CVD方法的高质量特性,同时具有溶液法制备石墨烯(氧化石墨烯)优异的分散性能。如图2,由BET测得该石墨粉末具有非常大的比表面(1,137.2 m2 g -1),超过了rGO(420.9m2g -1), 这主要归因于硅藻土模板阻止了石墨烯片层的堆叠。同时,石墨烯粉末可以溶解在NMP中,形成稳定分散液。



图3 石墨烯/云母导电膜的机械性能和表面浸润性


  作者继续用辊涂法制备了石墨烯透明导电膜,可使云母基底电导率由10,400 提高到55,000 S m -1。在图3中,石墨烯/云母透明导电膜经过弯曲试验后,表现出比ITO/云母和ITO/PET更为优异的电阻性能。


  这篇文章提供了将CVD与溶液法制备石墨烯的优势结合起来的新思路,为石墨烯的规模化应用创造了新的可能,同时也为MoS2和BN等二维材料的新型制备方式作出了探索性尝试。


  文章于近日发表在知名期刊Nature Communications上。


  Chen K, Li C, Shi L, et al. Growingthree-dimensional biomorphic graphene powders using naturally abundantdiatomite templates towards high solution processability[J]. NatureCommunications, 2016, 7: 13440. DOI: 10.1038/ncomms13440


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