新進(jìn)展！研究團(tuán)隊(duì)強(qiáng)化微流反應(yīng)2分鐘實(shí)現(xiàn)石墨氧化

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)朱彥武教授團(tuán)隊(duì)近期與中科院上海高等研究院、常州第六元素材料科技股份有限公司、上海交通大學(xué)合作，在石墨烯制備上取得新進(jìn)展，強(qiáng)化的微流反應(yīng)2分鐘實(shí)現(xiàn)石墨氧化。相關(guān)成果日前發(fā)表于《先進(jìn)材料》。

氧化石墨及其剝離產(chǎn)物氧化石墨烯，作為規(guī)模化制備石墨烯的關(guān)鍵前驅(qū)體，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。目前在科學(xué)研究及工業(yè)制備中，主要采用Hummers法制備氧化石墨烯。近年來，研究人員針對Hummers法提出諸多改進(jìn)措施，但仍存在反應(yīng)耗時(shí)長、安全隱患大、品質(zhì)管控難等問題;規(guī)模化生產(chǎn)場景下的大體積反應(yīng)釜和低換熱效率進(jìn)一步加重這些挑戰(zhàn)。因此，亟待開發(fā)一種高效、安全且可規(guī)模化應(yīng)用的氧化石墨烯制備技術(shù)。

研究團(tuán)隊(duì)采用具有百微米尺寸和連續(xù)流動(dòng)特征的微通道反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)高效且本質(zhì)安全的石墨氧化過程。強(qiáng)化的微流反應(yīng)使得石墨在2分鐘之內(nèi)即可達(dá)到傳統(tǒng)反應(yīng)釜中數(shù)小時(shí)才能實(shí)現(xiàn)的氧化程度。同時(shí)，通過改變微反應(yīng)器構(gòu)型、反應(yīng)流體參數(shù)等，在一定范圍內(nèi)可以精細(xì)調(diào)節(jié)氧化石墨烯的氧化程度和含氧官能團(tuán)種類。據(jù)此研究結(jié)果進(jìn)行并行放大，年產(chǎn)60噸的連續(xù)化制備產(chǎn)線僅需約6.5升的微反應(yīng)器體積。

此外，小尺寸且透明的微反應(yīng)器使得利用光譜實(shí)時(shí)檢測氧化進(jìn)程成為可能。研究團(tuán)隊(duì)通過原位表征石墨氧化中的拉曼G峰演變，分析了流速、原料石墨種類和片徑等對氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的影響。在此基礎(chǔ)上，他們還驗(yàn)證了在微通道中對氧化石墨烯進(jìn)行還原、組裝的能力，并展示了氧化石墨烯產(chǎn)物的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，為利用微流體技術(shù)實(shí)現(xiàn)氧化石墨烯的制備與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。(作者：桂運(yùn)安 王敏)

關(guān)鍵詞： 氧化石墨 剝離產(chǎn)物 氧化石墨烯 石墨氧化