中國儲能網(wǎng)訊：石墨烯是一種具有零帶隙、高載流子遷移率、超高比表面積等優(yōu)異性質(zhì)的二維碳材料，可用于能源存儲、生物傳感、電子信息等眾多領(lǐng)域。而實現(xiàn)石墨烯的批量可控制備是發(fā)揮其潛在應(yīng)用價值的重要前提。目前,石墨烯的制備方法主要有機械剝離、液相剝離、氧化還原法和化學(xué)氣相沉積等。其中，化學(xué)氣相沉積作為一種自下而上的制備方法，選用的基底包括銅箔、鎳箔、SiO2/Si等，獲得的石墨烯具有高晶體質(zhì)量、大面積、層厚可控等特點。然而，這些生長基底都需要通過使用刻蝕劑刻蝕的方法才能去除，這一方面增加了基底的損耗，另一方面也會引入雜質(zhì)，從而造成石墨烯晶體質(zhì)量的嚴(yán)重降低。
針對這一問題，北京大學(xué)劉忠范院士的研究團隊提出了有效的解決方法，在石墨烯粉體材料的批量綠色制備上取得了重要進展。該團隊以水溶性的氯化鈉晶體作為基底，以乙烯為碳源，在低于氯化鈉熔點的生長溫度下，利用化學(xué)氣相沉積方法實現(xiàn)了少層石墨烯的控制生長。由于氯化鈉在水中的溶解度高達26.5 g，這使得基底的去除可以通過水清洗的方法簡單、綠色地實現(xiàn)。同時，氯化鈉可以通過蒸發(fā)結(jié)晶的方式進行回收，可以實現(xiàn)基底的循環(huán)使用，大大降低石墨烯制備成本。有意思的是，氯化鈉晶體具有立方結(jié)構(gòu)，生長過程中石墨烯會復(fù)制氯化鈉晶體的形貌，從而得到了三維的空心立方石墨烯盒子。在超聲處理后，這種石墨烯盒子會破裂形成石墨烯片，進一步干燥即可得到石墨烯的粉體。此外，這種方法制備得到的石墨烯在水中表現(xiàn)出特殊的帶電性質(zhì)，可用于污水中陰、陽離子染料的吸附從而達到凈化污水的效果。總之，由于生長溫度低、基底廉價易得、轉(zhuǎn)移過程簡便無損、基底可循環(huán)利用等突出優(yōu)點，這種方法有望用于石墨烯粉體的批量綠色制備，從而推動石墨烯材料在能源存儲、生物傳感、環(huán)境凈化等眾多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
