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规模化修复还原氧化石墨烯策略及在电化学储能方面的应用

第一作者: 张鹏(郑州大学)
通讯作者:邵国胜(郑州大学)
成果简介:
近日,郑州大学千人计划邵国胜研究团队总结了近些年来关于制备高品质还原氧化石墨烯的新进展,希望对高品质石墨烯的批量制备提供一些实用化探索思路和更广阔的应用前景。该工作以“Recent Advances in Effective Reduction of Graphene Oxide for Highly Improved Performance Toward Electrochemical Energy Storage”为标题发表在Energy & Environmental Materials上。虽然世界范围内均投入大量人力物力发展石墨烯应用技术,但尚缺乏实质性产业技术突破,其根本原因是缺乏优质石墨烯的量产制备技术。相比于其他石墨烯制备方法,化学还原氧化石墨法对设备要求低,工艺简单,成本较低,已成为市场上主流量产石墨烯的方法。然而,还原氧化石墨法引入大量的含氧官能团,制得的石墨烯含有大量缺陷。

将还原氧化石墨烯的缺陷修复至超低水平,就能够得到具有高电导率等优异性能的石墨烯。因此,本文系统总结了高温还原,微波还原,光还原等二次修复氧化还原石墨烯的方法,并提供了一种中度还原-成核生长快速修复氧化还原石墨烯缺陷并用于大规模制备高品质石墨烯的方法,修复后的还原氧化石墨烯在电化学储能器件中均具有优异的表现。


经过一步热还原处理后的氧化石墨烯片层中还存在有大量的缺陷,而再经过一步高温热还原之后,石墨烯片层中大量的缺陷得到修复,最终的石墨烯产物结构更加完整,具有优异的性能。在电化学储能领域具有广泛的应用前景。


图2总结了微波还原氧化石墨烯的原理,首先对氧化石墨烯进行部分还原,之后在后续的微波还原过程中,石墨烯片层起到了吸收微波的作用,在其作用下整个氧化石墨烯不断被还原,这个过程极其短暂,同时耗能极少,最终得到的石墨烯产品具有优异的性质。

团队介绍:


近年来,郑州大学千人计划邵国胜研究团队致力于石墨烯的绿色制备研究。针对现有石墨烯技术存在“三高一低”(高污染、高缺陷率、高成本、低产能)的技术瓶颈:美国为主导的氧化还原法的“高污染、高缺陷率”,英国剑桥等离子体法的“高成本、低产率”问题;邵国胜教授团队发明了低成本、全流程绿色制备高品质石墨烯粉体的技术,目前已经申请国家及国际发明专利。年产50吨的石墨烯生产线已经建设完成。

邵国胜,国家“千人计划”创新A类人才引进专家,郑州大学特聘教授。曾任英国萨里大学高级研究官、布鲁奈尔大学副教授、博尔顿大学计算材料学教授、新能源研究所所长、理工及体育学部主任等。兼任英国材料化学委员会委员、材料学会专业会员,是国际知名的材料智能设计和制造专家。主要研究领域包括:裁剪材料学(多尺度材料模拟及智能材料设计)、新型多功能材料及器件的制备、先进材料表征、新型能源材料及应用器件等,取得多个世界级首创类成就,打造出多个国内尖端“产学研”技术-学术平台。2010年入选国家“千人计划”,服务于郑州大学,创建了中英纳米多功能材料研究中心(2012),并被认定为河南省低碳及环境材料国际联合实验室(2014, 科技厅)、 国家级低碳及环保材料智能设计国际联合实验室(2015, 科技部)。2016年于“中原智谷”创建郑州新世纪材料基因组工程研究院。创办了国际期刊《Energy & Environmental Materials (EEM)》,由John Wiley & Sons, Inc出版。先后于Nature、Acta Materialia、Applied Physics Letters等SCI国际核心刊物发表论文200余篇,申请获得国际、国内专利30余项。


参考文献:
Zhang, P. , Li, Z. , Zhang, S. and Shao, G. (2018), Recent Advances in Effective Reduction of Graphene Oxide for Highly Improved Performance Toward Electrochemical Energy Storage. Energy Environ. Mater., 1: 5-12. doi:10.1002/eem2.12001.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/eem2.12001 

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