基于超临界二氧化碳剥离技术高效制备石墨烯

石墨烯因具有优异的力学、热学、电学、超大比表面积等优异性质, 在电子器件、传感器、电池/超级电容器、催化剂载体以及基于石墨烯的复合材料等领域具有广阔的应用。石墨烯的低成本宏量制备是其广泛应用的前提和关键，因此，基于石墨高效剥离规模化制备石墨烯至今是科研人员致力解决的难题。近日，上海交通大学赵亚平教授课题组运用所建立的基于超临界二氧化碳剥离技术高效制备石墨烯及其自组装构建一维石墨烯卷取得多项研究新成果，对石墨烯的规模化应用和一维石墨烯卷的研究具有重要实际应用价值和学术意义。

图1：超临界二氧化碳中，超声波与剪切搅拌协同剥离石墨制备石墨烯的原理示意图

该团队建立的超临界CO2中超声耦合剪切高效剥离制备石墨烯工作以Highly efficient production of graphene by an ultrasound coupled with a shear mixer in supercritical CO2为题在化工三大主流期刊之一“Industrial & Engineering Chemistry Research” 作为期刊封面文章发表（December 12, 2018 Volume 57, Issue 49 Pages 16537-17032）。超声在石墨颗粒上产生活性边缘，同时从活性边缘剪切剥离石墨，该过程极大提高了石墨烯的剥离效率。

图2：石墨烯自组装形成石墨烯纳米卷过程示意图

该团队以所剥离的石墨烯为原料，首次建立了石墨烯通过自组装大量制备一维石墨烯纳米卷（Graphene Nanoscroll）的新方法。石墨烯卷是由二维石墨烯片经螺旋卷曲的方式形成的具有类似多壁碳纳米管结构的新型碳材料，具有端口和边缘开口的未封闭特殊拓扑结构一维管状纳米结构碳材料。石墨烯卷不仅继承了石墨烯和碳管优良的化学、物理和电学性质，而且还具有与二者不一样的特殊性能，成为近来研究的热点。该团队建立的方法简单、自组装效率高，为批量生产石墨烯纳米卷及其应用提供了基础。该工作以A facile and universal approach for quantity production of high-quality nanoscrolls with high-yield from two-dimensional nanosheets为题发表在《Scientific Reports》（2018, 8, 1: 15262.）。

图3：石墨烯与石墨烯纳米卷可逆转换示意图

该团队进一步研究发现，在一定条件下，所形成的石墨烯一维纳米卷可以重新可逆展开成为石墨烯，实现了二维石墨烯与一维石墨烯纳米卷之间的相互可逆转化。该成果为从二维材料构建一维材料提供了新思路，为石墨烯的稳定储存和定向应用以及一维石墨烯卷的理论研究和实际应用打下了基础。该工作以Reversible conversion between graphene nanosheets and graphene nanoscrolls at room temperature为题发表在《RSC Advances》期刊（2018, 8, 18, 9749-9753.）