过微机械剥离法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯

, 此法原料易

得

, 操作相对简单, 合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少, 但费时、产率低下, 不适于

大规模生产。目前实验室用石墨烯主要多用化学方法来制备

, 该法最早以苯环或

其它芳香体系为核

, 通过多步偶联反应取代苯环或大芳香环上 6 个, 循环往复, 

使芳香体系变大

, 得到一定尺寸的平面结构的石墨烯(化学合成法)

[3]

。

2006 年 

Stankovich 等

[4]

首次用肼还原脱除石墨烯氧化物

(graphene oxide, 以下简称 

GO)的含氧基团从而恢复单层石墨的有序结构(

 

氧化 还原法

), 在此基础上人们

不断加以改进

, 使得氧化还原法(

 

 

含氧化 修饰 还原法

)成为最具有潜力和发展前

途的合成石墨烯及其材料的方法

[5]

。除此之外

, 晶体外延生长、化学气相沉积也可

用于大规模制备高纯度的石墨烯。本文重点总结近三年化学法

, 

 

尤其是氧化 还原

法制备石墨烯的研究进展

, 并对制备石墨烯的各种途径的优缺点加以评述。

3.2 物理法制备石墨烯

3.2.1 微机械剥离法

微机械剥离法是最早用于制备石墨烯的物理方法。

Geim 等

[1]

在

1mm 厚的

高定向热解石墨表面进行干法氧等离子刻蚀

, 然后将其粘到玻璃衬底上, 接着在

 

上面贴上

1μm 厚湿的光刻胶，经烘焙、反复粘撕, 撕下来粘在光刻胶上的石墨

片放入丙酮溶液中洗去

, 最后将剩余在玻璃衬底上的石墨放入丙醇中进行超声

处理

, 从而得到单层石墨烯. 虽然微机械剥离是一种简单的制备高质量石墨烯的

方法

, 但是它费时费力, 难以精确控制, 重复性较差, 也难以大规模制备。

3.2.2 液相或气相直接剥离法

通常直接把石墨或膨胀石墨

(EG)(一般通过快速升温至 1000℃以上把表面

含氧基团除去来获取

)加在某种有机溶剂或水中, 借助超声波、加热或气流的作用

制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液。

Coleman 等参照液相剥离碳纳米管的

 

方式将石墨分散在

N-甲基-

 

吡咯烷酮

(NMP) 中, 超声 1h 后单层石墨烯的产率

为

1%

[6]

, 而长时间的超声(462h)

 

可使石墨烯浓度高达

1.2mg/mL, 单层石墨烯

 

的产率也提高到

4%

[7]

。他们的研究表明

[8]

, 当溶剂的表面能与石墨烯相匹配时, 

溶剂与石墨烯之间的相互作用可以平衡剥离石墨烯所需的能量

, 而能够较好地

剥离石墨烯的溶剂表面张力范围为

40~50mJ/m2;Hamilton 等

[9]

把石墨直接

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