石墨烯在离子液体电解液中的电化学行为
石墨烯材料的制备及其在电化学领域的应用
石墨烯材料的制备及其在电化学领域的应用一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列形成的二维纳米材料，自2004年被科学家首次成功制备以来，就凭借其独特的电子结构、优异的物理和化学性质，在科学研究和技术应用中引起了广泛的关注。
本文旨在对石墨烯材料的制备方法以及其在电化学领域的应用进行全面的概述和深入的探讨。
我们将简要介绍石墨烯的基本性质，然后重点论述石墨烯的各种制备方法，包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等。
随后，我们将详细讨论石墨烯在电化学领域的应用，如锂离子电池、超级电容器、燃料电池等。
通过对这些应用的探讨，我们将揭示石墨烯材料在提高电化学性能、推动电化学领域发展中的重要作用。
我们将对石墨烯材料的应用前景进行展望，以期为未来石墨烯在电化学及其他领域的研究提供参考和借鉴。
二、石墨烯材料的制备方法石墨烯的制备方法多种多样，主要包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法以及碳化硅外延生长法等。
机械剥离法：这是最早制备石墨烯的方法，由英国科学家Geim 和Novoselov在2004年首次实现。
他们使用透明胶带对高定向热解石墨进行反复剥离，最终得到了单层石墨烯。
这种方法操作简单，但是制备效率低，且所得石墨烯尺寸不易控制，因此无法满足大规模生产的需求。
化学气相沉积法（CVD）：这是目前制备大面积、高质量石墨烯最常用的方法。
通过在高温条件下，使含碳有机气体（如甲烷）在金属催化剂（如铜、镍）表面分解，生成石墨烯。
这种方法可以制备出大面积、连续的石墨烯薄膜，且可通过控制生长条件来调节石墨烯的层数和质量。
氧化还原法：该方法以石墨为原料，通过强氧化剂（如浓硫酸、高锰酸钾）将石墨氧化成氧化石墨，再经过超声剥离得到氧化石墨烯。
然后，通过还原剂（如氢气、水合肼）将氧化石墨烯还原，最终得到石墨烯。
这种方法制备的石墨烯产量大，成本低，但是所得石墨烯的质量相对较低，含有较多的缺陷和杂质。
碳化硅外延生长法：在高温条件下，使碳化硅中的硅原子升华，剩余的碳原子在基底上重新排列，形成石墨烯。
2021石墨烯在电化学生物传感器领域的应用范文1
2021石墨烯在电化学生物传感器领域的应用范文 石墨烯由于具有大的比表面积、优异的机械性能和良好的导电性，使得它在纳米电子器件，传感器，药物载体，超级电容器以及能量存储等领域得到了广泛的应用。
将石墨烯应用于电生物传感器不仅有重要的理论价值，而且对生命分析领域的快速发展具有重要现实指导意义。
本文重点介绍了石墨烯在电化学物传感器领域的研究进展，简单探讨了石墨烯在电化学领域应用存在的问题。
1石墨烯在电化学生物传感器领域的研究进展 1.1酶传感器 由于石墨烯对H2O2具有较高的电催化活性，对葡萄糖氧化酶具有良好的直接电化学催化氧化性能，因此石墨烯可以作为卓越的电极材料制备酶生物传感器。
Shan[1]报道了利用聚乙烯吡咯烷酮修饰的功能化石墨烯纳米材料构建了电化学葡萄糖生物传感器，该小组将聚乙烯吡咯烷酮功能化的石墨烯分散于聚乙烯亚胺功能化的离子液体后，制备得到石墨烯/离子液体修饰电极能极好的固定葡萄糖氧化酶，利用石墨烯复合材料材料对 O2和 H2O2的还原催化作用，成功制备出葡萄糖电化学生物传感器检测，线性范围为 2~14 mmol/L。
Liu[2]研究了将铜纳米粒子通过电解沉积在石墨烯片层上构建了非酶葡萄糖传感器，在 500 mV 电压下，对葡萄糖的检测线性范围达到 4.5 mM，最低检测限位为 0.5 μM。
Zhuo[3]研究小组研究了以细胞因子与葡萄糖氧化酶级联催化物为信号放大物，功能化磁性石墨烯纳米球为信号标记物，构建了用于检测甲状腺激素的免疫传感器，最低检测限可达15 fg/mL。
1.2免疫传感器 由于石墨烯就有大的表面面积和良好的生物相容性，因此，MohammedZourob[4]研究了通过电还原芳基重氮盐在石墨烯修饰丝网印刷电极表面键合一层有机膜构建了用于检测乳球蛋白的电化学免疫传感器，在 PBS 溶液中对乳球蛋白的检测线性范围为1pg/mL~1 ng/mL，最低检出限可达 0.8 pg/mL。
石墨烯制备及其电化学性能研究
石墨烯制备及其电化学性能研究作者：何亚萍来源：《经营管理者·下旬刊》2017年第01期摘要：本实验研究不同还原剂还原制备的石墨烯电化学性能差异。
采用循环伏安法、阻抗法研究几种石墨烯的电学性能。
氧化石墨经不同的还原剂还原后电化学性能差异较大，使用了三种还原剂分别是：硼氢化钠、柠檬酸钠和水合肼。
结果表明：在1×10-3 mol.LK3[Fe （CN）6]溶液中测得硼氢化钠还原修饰电极的交流阻抗圆弧半径小于水合肼还原修饰电极，柠檬酸钠圆弧半径最大，说明硼氢化钠还原制得石墨烯的导电性优于水合肼还原制得石墨烯，柠檬酸钠还原最次，电催化性能：硼氢化钠>水合肼>柠檬酸钠。
关键词：电分析化学还原石墨烯水合肼一、引言石墨烯是一种新型碳材料，具有优异的物理、化学、力学、和电学等性能，已成为当今世界材料领域的研究热点之一。
2004年石墨烯的成功剥离，使石墨烯成为形成纳米尺寸晶体管和电路的“后硅时代”的新潜力材料，其产品研发和应用在全球范围内急剧增加。
石墨烯是零带隙半导体，为相对论力学现象的研究提供了一条重要途径；电子在石墨烯中传输的阻力很小，在亚微米距离移动时没有散射，具有很好的电子传输性质。
2008年M.D.StoUer等在用石墨烯作为电极的超级电容器，并分别测试了其在有机电解液和水系中的电容性能，分别可以达到99F/g和136F/g，高于碳纳米管为电极的比电容。
2009年，Wang等利用肼蒸汽还原得石墨烯作为电极材料在水系电解液中比电容高达203F/g。
因此，石墨烯在电化学方面具有良好的发展前景，目前仍处于探究阶段。
本文拟采用的化学还原法制备石墨烯，探究三种常用还原剂：水合肼、硼氢化钠、柠檬酸钠还原制备石墨烯的电学性能差异。
二、实验部分1.实验仪器与试剂。
KQ300DE型数控超声清洗机，昆山市仪器厂；TGC-16G型TGC-16G 型，上海安亭科学仪器厂；CHI660d电化学工作站，上海辰华仪器有限公司；S-3400N扫描电子显微镜，日本日立公司。
机械剥离法制备石墨烯及其在石墨烯陶瓷复合材料制备中的应用
总的来说，电化学法制备石墨烯及其复合材料是一个具有前景的研究领域。这 种方法具有环境友好、高效等优点，且能大规模生产。尽管电化学法在制备石 墨烯及其复合材料方面已经取得了一些显著的进展，但仍需要进一步的研究以 优化该工艺，
提高产率并降低成本。未来的研究应如何实现石墨烯及其复合材料的可持续、 大规模生产，以及如何进一步优化这些材料的性能以满足更多应用的需求。
展望未来，我们相信微波加热剥离法制备石墨烯的研究将不断深入。通过改进 实验条件和优化设备，可以进一步提高石墨烯的质量和产率，降低生产成本。 随着人们对石墨烯应用领域的不断拓展，微波加热剥离法制备石墨烯将在能源、 环保、材料等领域发挥更大的作用。
总之，微波加热剥离法为制备高质量、高产量的石墨烯提供了一种有效的途径。 尽管仍存在一些不足，但随着科技的不断进步，我们有理由相信这一方法将在 石墨烯的大规模制备中发挥越来越重要的作用。
未来的研究方向应如何提高机械剥离法的效率和产量，以实现石墨烯的大规模 工业化生产。此外，还应注意研究新型的石墨烯陶瓷复合材料体系，以发掘其 更多潜在的应用领域。我们也应该探索机械剥离法在其他新兴领域中的应用，
如二维材料家族的不断扩大和完善、柔性电子器件的制造等，以推动机械剥离 法在更多领域中的发展与应用。
这种复合材料的性能主要取决于石墨烯和陶瓷的特性以及它们的相互作用。由 于石墨烯具有很高的导电性和力学性能，因此可将石墨烯均匀地分散在陶瓷基 体中，以提高复合材料的整体性能。例如，石墨烯陶瓷复合材料在力学性能方 面展现出优异的强度和韧性，同时具有良好的导电性和热稳定性。
除了性能的提升外，石墨烯陶瓷复合材料还具有广泛的应用前景。例如，在能 源领域，可以利用石墨烯的导电性和陶瓷的稳定性来制备高性能的电池和超级 电容器。此外，石墨烯陶瓷复合材料还可应用于电子器件、传感器、生物医学 等领域。
石墨烯的制备及其电化学性能分析
石墨烯的制备及其电化学性能分析杨晨;刘丽来;邢善超;徐新龙;杜新伟;刘红斌【摘要】以大鳞片石墨制备的膨胀石墨(EG)为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨,采用NaBH4化学还原制备石墨烯.采用扫描电镜和X射线衍射仪对化学还原后的石墨烯进行形貌和结构表征,应用电池测试系统对样品进行循环伏安(CV)、恒流充放电等电化学性能测试.结果表明:石墨烯电极在电流密度100mA·g-1时的首次放电比容量达1900mAh·g-1;经100个循环周期后石墨烯电极比容量为450mAh·g-1;在不同电流密度下循环50次,再回到100mA·g-1时,仍保持首次循环92％的比容量.【期刊名称】《化学工程师》【年(卷),期】2014(028)011【总页数】5页(P82-86)【关键词】膨胀石墨;石墨烯;锂离子电池;电化学性能【作者】杨晨;刘丽来;邢善超;徐新龙;杜新伟;刘红斌【作者单位】黑龙江科技大学环境与化工学院,黑龙江哈尔滨150022;黑龙江科技大学环境与化工学院,黑龙江哈尔滨150022;黑龙江科技大学研究生学院,黑龙江哈尔滨150022;黑龙江科技大学环境与化工学院,黑龙江哈尔滨150022;黑龙江科技大学研究生学院,黑龙江哈尔滨150022;黑龙江科技大学研究生学院,黑龙江哈尔滨150022【正文语种】中文【中图分类】O646石墨烯是碳原子以sp2杂化轨道组成的碳六元环状呈蜂巢状的单片层薄膜，厚度仅相当于一个碳原子尺寸，是碳类材料的基本组成单元[1]。
石墨烯具有较高的电子传导性，较大的比表面积（2630m2·g-1）[2]以及较高的理论储锂容量（744mAh·g-1）[3]，作为锂离子电池负极材料时具有独特的优势[4,5]：石墨烯的导电性使其本身具有电子传输性能，而导热性则确保其使用过程中的稳定性；石墨烯纳米片层结构缩短Li+传输路径，较大的层间距更有利于Li+的扩散传输。
石墨烯在电池中的应用要求与电化学性能研究
石墨烯在电池中的应用要求与电化学性能研究石墨烯是一种具有单层碳原子构成的二维材料，因其优良的导电性、热传导性和机械性能，在电池领域中具有广泛的应用前景。
石墨烯在电池中的应用主要包括锂离子电池、超级电容器和燃料电池等。
同时，研究石墨烯的电化学性能也是电池领域中的重要课题。
在石墨烯在电池中的应用方面，首先对石墨烯的质量和结构进行要求。
高质量的石墨烯是实现其优良电化学性能的基础，因此制备石墨烯的方法和材料选择十分重要。
传统的制备方法包括机械剥离、化学气相沉积和化学氧化还原等，然而这些方法往往存在着设备昂贵、工艺复杂和低产率的问题。
因此，寻找新的高效制备石墨烯的方法是一个研究热点。
同时，控制石墨烯的结构也是提高其电池性能的关键。
石墨烯的层数、形状和缺陷等结构特征都会影响其电化学性能，因此在石墨烯的制备过程中需要精确控制其结构。
其次，对石墨烯在电池中的性能进行要求。
石墨烯的优良导电性能使其成为一种理想的电极材料。
在锂离子电池中，石墨烯可以作为负极材料，具有高容量、长循环寿命和较低的电化学反应动力学等优势。
在超级电容器中，石墨烯的高表面积和优良导电性能有助于提高能量密度和功率密度。
在燃料电池中，石墨烯可以作为催化剂载体，提高催化剂的活性和稳定性。
因此，石墨烯在电池中的性能要求包括较高的比容量、良好的循环寿命和较低的电化学反应动力学。
最后，研究石墨烯的电化学性能是提高其在电池中应用的关键。
石墨烯的电化学性能主要包括离子和电子传导性能、比电容/容量和循环稳定性等。
离子和电子传导性能是石墨烯在电池中发挥优良性能的基础，可以通过表面修饰和组装等方法来提高。
比电容/容量是评价电池性能的重要指标，可以通过控制石墨烯的结构和表面官能团等方法来实现。
循环稳定性是评价电池循环寿命的主要指标，可以通过控制石墨烯的缺陷和结构稳定性等方法来提高。
综上所述，石墨烯在电池中的应用要求和电化学性能研究是电池领域中的热点课题。
通过对石墨烯质量和结构的精确控制，进一步研究石墨烯的电化学性能，有望实现石墨烯在电池领域中的广泛应用，为推动电池技术的发展做出重要贡献。
石墨烯在电池中的应用要求与电化学性能改善策略
石墨烯在电池中的应用要求与电化学性能改善策略石墨烯是一种二维的碳材料，具有极高的导电性、热导性和力学强度，因此被广泛研究用于电池领域。
石墨烯在电池中的应用主要集中在锂离子电池和超级电容器等领域。
本文将探讨石墨烯在电池中的应用要求，以及一些提高其电化学性能的策略。
石墨烯在电池中的应用要求主要包括高能量密度、高功率密度、长循环寿命和低成本等方面。
首先，高能量密度是电池的核心性能之一。
石墨烯具有高比表面积和优异的电导率，可以提供更多的储存空间和导电路径，从而提高电极的能量密度。
其次，高功率密度是实现快速充放电的关键。
石墨烯的高导电性和热导性可以提供更快的离子和电子传输速率，从而实现高功率密度的要求。
此外，长循环寿命是电池的可持续发展的关键因素。
石墨烯的高力学强度可以提高电极的结构稳定性，延长电池的寿命。
最后，低成本是实际应用的一个重要要求。
石墨烯的可制备性、稳定性和可扩展性都需要进一步改进，以降低成本并实现工业化生产。
为了改善石墨烯在电池中的电化学性能，可以采取以下策略。
首先，优化石墨烯的制备方法。
目前，石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法和化学还原法等。
通过改进制备方法，可以提高石墨烯的质量和制备效率。
其次，改变石墨烯的结构和形貌。
石墨烯可以通过氧化、还原、掺杂或功能化等方法进行修饰，以改变其表面性质和化学活性。
这些改变可以提高石墨烯在电池中的电化学性能。
第三，构建石墨烯复合材料。
将石墨烯与其他材料（如金属氧化物、碳纳米管等）进行复合，可以充分利用各材料的优点，实现协同效应，提高电池的性能。
第四，设计石墨烯基电极结构。
石墨烯的二维结构可以为电极提供更大的比表面积和更好的离子传输通道。
通过调控电极结构，可以实现更高的能量密度和功率密度。
最后，开发新型电解质和界面材料。
石墨烯和电解质、电极之间的界面是电池性能的关键因素。
开发更好的电解质和界面材料，可以改善电池的循环寿命和安全性能。
综上所述，石墨烯在电池中的应用要求高能量密度、高功率密度、长循环寿命和低成本。
石墨烯量子点材料及在电源中的应用
石墨烯量子点材料及在电源中的应用谢观水;郝凡;路凯峰;张坚【摘要】介绍石墨烯量子点(GQD)材料的几种合成方法:电化学法、酸氧化法、水热/溶剂热法、微波/超声波法和溶液化学法等.综述GQD材料在燃料电池、超级电容器、有机太阳电池和染料敏化太阳电池等电源中的应用,展望GQD材料在电源中的应用前景.%The synthesis methods of graphene quantum dot (GQD) such as electrochemical scissoring,acid oxidation cutting,hydrothermal and solvothermal cutting,microwave and ultrasonic shearing,synthesis by chemistry solution were introduced.The applications of GQD in fuelcell,supercapacitors,organic solar cells and dye-sensitized solar cells were reviewed.The prospect of GOD applied in power source was suggested.【期刊名称】《电池》【年(卷),期】2017(047)006【总页数】4页(P370-373)【关键词】石墨烯量子点;合成;电源;燃料电池;超级电容器;太阳能电池【作者】谢观水;郝凡;路凯峰;张坚【作者单位】桂林电子科技大学材料科学与工程学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学材料科学与工程学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学材料科学与工程学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学材料科学与工程学院,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】TM533;TM911.4;TM914.4石墨烯量子点(GQD)材料是在石墨烯的二维结构基础上，降低维度形成的一种准零维材料，具有石墨烯材料导电速度快[1]、导热能力好[2]、力学强度大和比表面积大[3]等优点，同时，具有量子点特有的可调谐的光学特性、发光效率较高等优点，在生物传感器、分子探针、光催化、太阳电池和柔性光电材料等[4]领域具有广阔的应用前景。
新型石墨烯纳米材料的合成在电化学中的应用
新型石墨烯纳米材料的合成在电化学中的应用石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料。
自从2004 年发现以来石墨烯以其独特的电学、力学、热学和光学等性能，引起了人们的极大关注，在复合材料、纳米器件及能量储存等方面有着广泛的应用前景。
本论文以仃墨烯的不同修饰电极为研究对象，探讨其在电化学方而的应用。
本论文得到的主要结果如下：1.用化学氧化法将碳纳米管解开制备氧化右墨烯，然后分别通过化学还原和电化学还原方法得到石墨烯材料，并用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、能就散射谱(EDS)、X射线衍射谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)等手段对英形貌、结构进行了表征。
2.以铁鼠化钾、烟酰胺腺嚓吟二核昔酸、抗坏血酸、过氧化氢、氧气、多巴胺和尿酸等物质为探针分子，研究了氧化石墨烯、化学还原石墨烯和电化学还原石墨烯的电化学性能。
结果发现，与裸玻碳电极相比，石墨烯材料表现岀了更好的电子转移性能和电催化性能，使测定物的过电位大大降低。
其中电化学催化能力由强至弱的排列顺序为：电化学还原石墨烯〉化学还原石墨烯〉氧化石墨烯。
3.用循环伏安法在氧化石墨烯修饰电极上制备了耙/石墨烯复合纳米材料,SEM和EDS研究表明耙纳米粒子成功地负载在仃墨烯上。
借助氢键和静电相互作用，氧化石墨烯和耙纳米粒子可以有序组装在玻碳电极上,从而制备出耙/石墨烯复合纳米材料修饰电极。
4.以铁鼠化钾、烟酰胺腺嚓吟二核昔酸、抗坏血酸、过氧化氢、氧气、多巴胺和尿酸为探针分子，通过电化学阻抗(EIS)、循环伏安(CV)、计时电流(CA)和示差脉冲(DVP)等方法研究了耙/石墨烯复合纳米材料修饰电极的电化学行为。
结果发现，在石墨烯和耙的共同促进作用下，耙/石墨烯复合纳米材料修饰电极在铁包化钾溶液里表现岀更快的电子转移能力，对烟酰胺腺噪吟二核昔酸、抗坏血酸的氧化，过氧化氢、氧气的还原反应都有很髙的电催化活性。
石墨烯功能修饰材料的电化学分析性能研究
石墨烯功能修饰材料的电化学分析性能研究郑德论;张锐龙;陈键侨;王呈文;陈学武;张彩云【摘要】石墨烯(GR)是一种单原子碳纳米材料,具有独特的二维共轭平面结构,表现出优越的化学、力学、热学和电学性能.氧化石墨烯(GO)是制备石墨烯的前驱体,类似于石墨烯的二维结构,GO表面含大量的含氧官能团,具有良好的水溶分散性,GO 通过化学还原方法可以得到导电性良好的GR材料.将GR材料与其他功能材料进行复合,可进一步改善复合物的物理和化学性能,如可分散性、可加工性和电催化活性等.综述了GR(包括GO)与碳纳米材料、金属纳米粒子、金属氧化物、非金属单质、聚合物或其他功能生物分子材料结合后,得到复合功能修饰材料用于构建高性能电化学生物传感器.探究了复合制备材料的纳米结构特征、功能结构作用对于提高传感器的电催化和电化学选择性能等方面的应用.【期刊名称】《湖北农业科学》【年(卷),期】2019(058)007【总页数】6页(P5-10)【关键词】石墨烯(GR);氧化石墨烯(GO);功能修饰;电化学;分析性能【作者】郑德论;张锐龙;陈键侨;王呈文;陈学武;张彩云【作者单位】汕头职业技术学院自然科学系,广东汕头 515041;汕头职业技术学院自然科学系,广东汕头 515041;汕头职业技术学院自然科学系,广东汕头 515041;汕头职业技术学院自然科学系,广东汕头 515041;汕头职业技术学院自然科学系,广东汕头 515041;汕头职业技术学院自然科学系,广东汕头 515041【正文语种】中文【中图分类】TH145.1+3石墨烯（GR）是一种无限延伸的二维（2D）碳晶体，碳原子的组装排列类似蜂窝状的六角边晶格结构［1，2］。
目前，GR 的概念已扩展到由一系列石墨材料组成，包括一个或多个石墨烯片层和大量的sp2杂化碳缺陷结构，并具有表面多孔的特点［3］。
GR表现出各种优越的特殊属性，包括大的比表面积、高的透亮度、强的电场效应、良好的导热导电属性、优良的机械强度和延展性能等［4］。
二维材料石墨烯
石墨烯材料的应用研究
1.在复合材料领域的应用
由氧化还原法制备的石墨烯微片具有二维纳米结构，使其 成为理想的导电填料或导热填料，用于功能涂料/涂层。 （1）导热材料，氧化还原的石墨烯溶液可通过涂布压延技术 加工成具有高导热系数的石墨烯散热膜、热导纤维和导热塑料， 在电子领域市场巨大； （2）导电油墨，石墨烯微片作为新型导电油墨的主填充料， 通过控制石墨烯填充比例调节油墨的电阻率和附着力； （3）防腐涂料，石墨烯能够在涂层中形成“迷宫”结构，从 物理上隔绝了腐蚀因子的渗透和基材的破坏； （4）抗静电塑料，通过与高分子原料共混，形成具有多种优 异性能的石墨烯改性高分子材料，降低对高分子基体本征特性 的损害。
石墨烯的制备
石墨烯的制备方法是国内外石墨烯研究的一个重要焦点， 目前发表的石墨烯研究论文有很大一部分是关于石墨烯的制备。
机械剥离法 物理方法 主要制备方法 液相或气法 化学气相沉积(CVD)法 化学合成法
物理方法
1.物理方法 1.1机械剥离法
这类方法是通过机械力从石墨晶体的表面剥离出石墨烯片层， 即直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剥离下来。 2004年安德烈· 海姆获得的石墨烯 片即是采用这种方法制备的：在高定 向热解石墨（HOPG）表面用氧等离 子刻蚀微槽，用光刻胶将其转移到玻 璃衬底上，再用胶带反复撕揭而后将 玻璃衬底放入丙酮溶液中超声清洗， 并在溶液中放入单晶硅片，单层石墨 烯会在范德华力作用下吸附到硅片表 面，最后制得石墨烯片。
石墨烯电极结构设计
具有中孔结构的弯曲石墨烯
10 μm
弯曲石墨烯抑制了石墨烯面对面堆叠，提高了表面利用，同时中孔结构有利于传
质和电解液的可接近性，因此在离子液体中(4V)，当功率密度为136 Whkg-1，能
电化学法制备石墨烯及其导电特性
Vol.33高等学校化学学报No.82012年8月 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 1804~1808电化学法制备石墨烯及其导电特性朱龙秀,李英芝,赵 昕,张清华(东华大学材料科学与工程学院,纤维材料改性国家重点实验室,上海200051)摘要 采用电化学方法将石墨层电解剥离,得到分散于电解质溶液的结构较为完整的石墨烯.用透射电子显微镜和拉曼光谱分析了石墨烯的形貌和结构,利用四探针法测定了石墨烯导电特性.实验数据和理论拟合结果表明,当100K <T <200K 时,石墨烯中载流子的传导服从二维的变程跳跃(VRH)模型;当200K<T <500K 时,载流子从费米能级以下的能量状态被激发到迁移率边以上的能级,具有导电性,服从热激活(TA)模型.关键词 石墨烯;电化学法;电导率中图分类号 O646 文献标识码 A DOI :10.3969/j.issn.0251⁃0790.2012.08.031收稿日期:2011⁃11⁃22.基金项目:国家自然科学基金(批准号:51173024)和教育部博士点基金(批准号:20110075110009)资助.联系人简介:张清华,男,教授,主要从事高性能纤维和纳米复合材料的研究.E⁃mail:qhzhang@2004年Geim 等[1]发现石墨烯(Graphene,又称单层石墨或二维石墨)是一种由sp 2杂化碳原子组成的六角形蜂窝状二维材料.石墨烯具有非常高的比表面积(~2630m 2/g)㊁电子迁移率[~200000cm 2/(V㊃s)]㊁杨氏模量(~1000GPa)和热导性[~5000W /(m㊃K)],引起了人们的极大兴趣[2,3].其在电学方面的优异性能使其在纳米导电复合材料㊁纳米电子器件㊁场效应晶体管㊁超级电容器及电池等方面具有广泛的应用前景[4,5].因此,高质量高导电性能石墨烯的制备是石墨烯实际应用的关键问题之一.通过氧化还原法[6~8]可以大批量地制备石墨烯,但是氧化石墨烯(GO)的制备过程会在其表层生成大量的含氧官能团,破坏了石墨烯的结构,导致导电性能下降[9].液相剥离法[10]因其方法简单成为近几年研究的热点,但石墨的膨胀程度和超声功率与时间等较难控制,对大规模制备石墨烯有较大难度.因此,寻求一种绿色简单且易重复操作的方法是目前石墨烯研究的热点之一.Liu 等[11]以离子液体1⁃辛基⁃3⁃甲基⁃咪唑六氟磷酸盐等作为电解液,将2根石墨电极分别置于电解槽的阳极和阴极,加10~20V 的稳压直流电源于正负电极,石墨被功能化并逐渐剥离得到石墨烯.Wang 等[12]以聚苯乙烯磺酸钠溶液作为离子电解液,高纯石墨棒作为正负电极,直流电解制得石墨烯.鉴于离子液体或聚电解质合成较为复杂,副产物的分离较为困难,本文采用廉价的硫酸钠溶液作为电解质,通过电化学方法制备石墨烯,所得石墨烯可以在N ,N ⁃二甲基甲酰胺(DMF)㊁N ⁃甲基吡咯烷酮(NMP)或DMF 和NMP 与水的混合溶剂中稳定分散,制备过程较为绿色环保.对石墨烯的形貌和结构进行了表征,并通过变程跳跃(VRH)模型和热激活(TA)模型拟合研究了石墨烯的导电机理,探讨了石墨烯中载流子的迁移方式.1 实验部分1.1 试 剂石墨碳棒,光谱纯,上海碳素厂;无水硫酸钠,A.R.级,上海市四赫维化工有限公司,配成0.6mg /mL 的水溶液.1.2 石墨烯的电解及提纯将80mL 硫酸钠水溶液加入到冰水浴的100mL 烧瓶中,再将2个高纯的石墨棒平行插入硫酸钠溶液中,两电极间距3cm,加10V 直流电压,持续电解5h,得到石墨烯电解液.因电解过程不断放热,通过冰水控制电解液温度为35~40℃.取静置后的上层石墨烯电解液于超声波清洗器中超声振荡5min,在高速离心机中以转速1000r /min 离心10min,去除离心管底部的沉积物.分别加水和乙醇以转速10000r /min 反复离心30min 以除去石墨烯电解液中的硫酸钠,直至用氯化钡检测洗涤后的石墨烯电解液未发现沉淀.将洗涤后的石墨烯分散液于60℃干燥4h 即可得到石墨烯,保存备用.1.3 仪器与表征WY 型直流稳压稳流电源,上海科艺仪器仪表厂.采用日本Hitachi 的H⁃800型透射电子显微镜进行TEM 表征,取少量石墨烯的DMF 分散液滴加到铜网上,经红外灯烘干后测试.采用英国Renishaw inVia⁃Reflex 型激光显微拉曼光谱仪进行Raman 分析,记录范围500~3000cm -1,激光波长532nm,制样过程为直接将石墨烯分散液多次重复滴加在1cm×2cm 的载玻片上,烘干.将Keithley 236型电阻仪与Lakeshore 331温控仪联用进行导电性测试,采用四探针法测定不同温度下石墨烯的电阻值,温度范围100~500K.采用美国Veeco 公司的WYKO NT9100型光学轮廓仪测定石墨烯膜的厚度.2 结果与讨论2.1 石墨的剥离石墨是由碳六角对称平面堆积而成的层状结构晶体,各层内碳原子之间以共价键结合,而层与层之间通过范德华力结合,层间作用力随着层间距的增大或层间有效接触面积的减小而减弱.本文电解实验装置示意图见图1(A).Fig.1 Experimental set⁃up diagram (A ),scheme of exfoliation of graphite electrodes (B )andphotographs of graphene dispersion (C)Fig.2 TEM image of graphene在恒电压电解过程中电解液的阳离子(Na +,H +)和阴离子(SO 2-4,OH -)分别向阴极和阳极移动.在电场的作用下,离子进入石墨片层间,使得石墨层间距增大,从而减弱了层间作用力.随着电解反应的进行,阴极石墨电极上的石墨不断地被腐蚀,电极表层有明显的扩张现象,在电极表面有大量有色物质脱落,被剥离的石墨层(石墨薄片和石墨烯)进入电解液中[如模型图1(B)所示].图1(C)为电解时间分别为1和5h 时得到的石墨层分散液照片.由图1(C)可见,经过一定时间的电化学剥离后,部分超薄石墨片层均匀分散于电解液中,而一些尺寸较大的颗粒沉于试剂瓶底部.2.2 石墨烯的形貌由石墨烯样品的TEM 图(图2)可以看出,石墨烯具有很好的透明性,部分存在褶皱起伏的片层结构,特别是在边缘处易卷曲;同时,石墨烯片层聚集而产生交叠.这可能是因为石墨烯是严格的二维原子晶体,具有非常大的表面能,容易产生微观扭曲,表面由二维向三维转换使得表面能量变小,体系自由能减小,稳定性增加.5081 No.8 朱龙秀等:电化学法制备石墨烯及其导电特性2.3 拉曼光谱分析碳材料的拉曼光谱典型特征谱带是D 峰和G 峰.D 峰(1350cm -1)与无序结构相对应,来源于sp 2杂化原子的呼吸振动模式,其强度决定于结构的无序程度,可用来表征材料的缺陷.G 峰(1580cm -1)与sp 2杂化碳原子在布里渊区中心的E 2g 声子振动有关.无序引起的D 峰与E 2g 振动模引起的G 峰强度比I D /I G 可用来表征材料的无序性.Fig.3 Raman spectra of graphite powder (a )and graphene (b )图3为石墨和电化学方法制备的石墨烯的拉曼光谱.从图3谱线a 可以看出,在500~1800cm -1范围内石墨的D 峰非常弱,I D /I G =0.06,仅存在一个位于1580cm -1的尖而强的吸收峰(G 峰),即由无序结构引起的第二个拉曼峰强度极低,说明石墨无序结构所占比例非常小,结构较为规整.与石墨相比,石墨烯的G 峰变宽,峰位出现微弱的红移,并且出现新的较强的吸收峰(D 峰)(图3谱线b ).石墨烯的I D /I G =0.51,大于石墨的I D /I G ,与Khan 等[10]报道的结果相近,但比由氧化还原法[3,13]制备的石墨烯的值(I D /I G >1)要小得多.在前期工作中,采用氧化还原法制备石墨烯,其中GO 和石墨烯的D 峰与G 峰拉曼强度比分别为1.23和1.57[3],说明在制备石墨烯的过程中仅引入了少量的结构缺陷.观察石墨烯与石墨的2D 峰可以发现,石墨烯和石墨的2D 峰存在明显的差异.石墨的2D 峰存在一强一弱2个峰,而石墨烯的2D 带为对称的单峰,且峰位相对石墨存在明显的红移,参考文献[14~16]可以推测所制备的石墨烯大部分在3~7层之间.2.4 石墨烯的电学性能在适当的电场强度下,石墨烯的电导率(σ)与载流子浓度(n )和迁移率(μ)之间的关系满足σ=nμq ,其中,q 为电荷量.在外加电场作用下,电导率的大小决定了载流子的浓度及迁移率,载流子的浓度及迁移率越大,电导率越大,电阻R 越小.载流子的浓度和迁移率的大小与杂质浓度和温度有关.因此固定样品,电阻随温度而变化.Fig.4 Normalized resistance of GR vs.temperature (A ),surface topography image (B )andthickness (C )of GR film图4(A)为100~500K 范围内石墨烯的温度⁃电阻(回归电阻)曲线.与Geim 等[17]的实验结果相近,随着温度的上升,石墨烯的回归电阻逐渐减小,特别在低温区域(≤200K)变化非常明显;而在高温区域(≥200K),随着温度的升高,回归电阻减小幅度放缓.图4(B)是采用轮廓仪得到的石墨烯膜的微区形貌图,可以看出,该膜有一定的致密度.图4(C)为石墨烯膜对应的厚度测试曲线,可以得出石墨烯膜的厚度为0.4μm.根据四探针法测电阻率的原理,结合石墨烯膜的厚度及270K 时石墨烯的电阻值(8.43Ω),可以计算出石墨烯在270K 时的电导率约为6.7×104S /m.远高于用氧化还原法(~2×102S /m)[18]和球墨法(~1.2×103S /m)[19]制备的石墨烯的导电率值,接近Coleman 等[10]采用液相剥离法的数据(~1.75×104S /m).结果表明,采用电化学剥离石墨烯的过程中仅产生了少量的缺陷,所制备的石墨烯可满足石墨烯在纳米电子器件㊁场效应晶体管㊁超级电容器及电池等方面的应用要求.6081高等学校化学学报 Vol.33 2.5 石墨烯的导电机理VRH 模型是常用于描述碳材料导电机制的模型,它可以描述材料中载流子的传导受处于费米能级附近的定域态之间的电子跳跃控制.以温度(T )为自变量,σ为应变量,该跃迁模型可描述为[19]σ(T )=σ0exp[-(T 0/T )1/(d +1)](1)式中,σ0和T 0是常数,d 是电子变程跃迁的维度.对于二维体系d =2.对式(1)取对数,可以得到:ln σ=ln σ0-(T 0/T )1/(d +1)(2)ln σ~T -1/(d +1)存在线性关系,对于石墨烯,d =2.以T -1/3为横坐标,ln σ为纵坐标作图,得到直线.当100K<T <200K 时,该线性关系如图5(A)所示.TA 模型的电导率⁃温度依赖性满足以下关系[20]:σ(T )=σ0exp[-ΔE /(k 0T )](3)式中,σ0,ΔE ,k 0为常数,式(3)两边取对数即得:ln σ=ln σ0-ΔE /(k 0T )(4)以T -1对ln σ作图,得到直线.在200K<T <500K 温度范围内,T -1~ln σ存在明显的线性关系,如图5(B)所示.Fig.5 Dependence of conductivity on temperature of graphene(A)Plot of ln σvs.T -1/3at 100 200K based on VRH model;(B)plot of ln σvs.T -1at 200 500K based on TA model.The dashed lines are the linear fitting results.图5(A)的线性关系表明,低温区域石墨烯中载流子的传导主要服从二维的VRH 模型.由于在低温区域,电子没有足够的能量实现定程跳跃,借助声子从一个定域态隧穿到另一个定域态,实现变程跳跃而导电.图5(B)的线性关系表明,高温区域载流子的传导主要服从TA 模型.主要原因是温度较高时电子可从费米能级以下的能量状态被激发到迁移率边以上的能级而导电.3 结 论用电化学方法可以实现石墨层片的剥离,虽产生少量的缺陷,但电导率仍能达到104S /m,远高于化学氧化还原法和球墨法等得到的石墨烯.石墨烯的电阻⁃温度依赖关系的研究发现,石墨烯中载流子在低温区域主要通过二维变程跳跃实现导电,而在高温区域主要通过热激发跃迁起到导电作用.参 考 文 献[1] Novoselov K.S.,Geim A.K.,Morozov S.V.,Jiang D.,Zhang Y.,Dubonos S.V.,Grigorieva I.V.,Firsov A.A..Science[J],2004,306:666 669[2] Zhao X.,Zhang Q.,Hao Y.,Li Y.,Fang Y.,Chen D..Macromolecules[J],2010,43:9411 9416[3] Zhao X.,Zhang Q.,Chen D..Macromolecules[J],2010,43:2357 2363[4] Han D.,Shan C.,Guo L.,Niu L.,Han D..Chem.Res.Chinese Universities[J],2010,26(2):287 290[5] CHENG Qian⁃Yi(承倩怡),ZHOU Ding(周鼎),HAN Bao⁃Hang(韩宝航).Chem.J.Chinese Universities(高等学校化学学报)[J],2011,32(9):2062 2070[6] Wang H.,Tian H.,Wang X.,Qiao L.,Wang S.,Wang X.,Zheng W.,Liu Y..Chem.Res.Chinese Universities[J],2011,27(5):857 8617081 No.8 朱龙秀等:电化学法制备石墨烯及其导电特性8081高等学校化学学报 Vol.33 [7] Park S.,An J.,Jung I.,Piner R.D.,An S.J.,Li X.,Velamakanni A.,Ruoff R.S..Nano Lett.[J],2009,9(4):1593 1597[8] MA Wen⁃Shi(马文石),ZHOU Jun⁃Wen(周俊文).Chem.J.Chinese Universities(高等学校化学学报)[J],2010,31(10):19821986[9] XU Dong(徐东),ZHOU Ning⁃Lin(周宁琳),SHEN Jian(沈健).Chem.J.Chinese Universities(高等学校化学学报)[J],2010,31(12):2354 2359[10] Lotya M.,King P.J.,Khan U.,De S.,Coleman J.N..ACS Nano[J],2010,4(6):3155 3162[11] Liu N.,Luo F.,Wu H.X.,Liu Y.H.,Zhang C.,Chen J..Adv.Funct.Mater.[J],2008,18:1518 1525[12] Wang G.,Wang B.,Park J.,Wang Y.,Sun B.,Yao J..Carbon[J],2009,47:3242 3246[13] Stankovich S.,Dikin D.A.,Piner R.D.,Kohlhaas K.A.,Kleinhammes A.,Jia Y.Y.,Wu Y.,Nguyen S.T.,Ruoff R.S..Car⁃bon[J],2007,45:1558 1565[14] Jin Z.,Su Y.,Chen J.,Liu X.,Wu D..Appl.Phys.Lett.[J],2009,95:233110⁃1 233110⁃3[15] Khan U.,O’Neill A.,Lotya M.,De S.,Coleman J.N..Small[J],2010,6(7):864 871[16] Choi W.,Lahiri I.,Seelaboyina R.,Kang Y.S..Crit.Rev.Solid State Mat.Sci.[J],2010,35:52 71[17] Blake P.,Brimicombe P.D.,Nair R.R.,Booth T.J.,Jiang D.,Schedin F.,Ponomarenko L.A.,Morozov S.V.,Gleeson H.F.,Hill E.W.,Geim A.K.,Novoselov K.S..Nano Lett.[J],2008,8(6):1704 1708[18] Zhao W.F.,Fang M.,Wu F.R.,Wu H.,Wang L.W.,Chen G.H..J.Mater.Chem.[J],2010,20:5817 5819[19] Shiraishi M.,Ata M..Synth.Metal.[J],2002,128:235 239[20] Kaiser A.B.,Gómez⁃navarro C.,Sundaram R.S.,Burghard M.,Kern K..Nano Lett.[J],2009,9(5):1787 1792Preparation and Conductive Behavior of Graphene byElectrochemical MethodZHU Long⁃Xiu,LI Ying⁃Zhi,ZHAO Xin,ZHANG Qing⁃Hua*(State Key Laboratory for Modification of Chemical Fibers and Polymer Materials,College of MaterialsScience and Engineering,Donghua University,Shanghai201620,China)Abstract A one⁃step electrochemical approach was employed to produce graphene dispersion with the perfect structure and excellent conductive property by exfoliation of graphite in electrolyte.Transmission electron mi⁃croscopy and Raman spectroscopy were used to characterize morphology and structure of the as⁃prepared gra⁃phene.Four⁃probe method was employed to measure the conductivity of the graphene,and the temperature de⁃pendent conductivity was investigated by model fitting.At low temperature range of100K<T<120K,carrier transport behavior is explained by two⁃dimensional variable range hopping based on theσ⁃exp[-(T0/T)1/3] temperature dependence.At high temperature range of200K<T<500K,the dependence of conductivity on the temperature is consistent with the express ofσ⁃exp(-ΔE/k0T),and thus carrier transport behavior is well described by thermal activation model.In addition,the outstanding electrical properties suggest that high quality of graphene with less defect can be obtained.This simple method offers a great promise in production of large⁃scale graphene platelets to meet extensive applications.Keywords Graphene;Electrochemical method;Conductivity(Ed.:S,Z)。
电化学法制备石墨烯和石墨烯_离子液体复合材料研究进展
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｇｒａｐｈｅｎｅ，ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｔｓ ｅａｓｙ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｂｙ ｔｈｅ ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｉｎ ２００４，ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｔ－
ｔｒａｃｔｉｎｇ ｅｎｏｒｍｏｕｓ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ．Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｕｎｉｑｕｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｈｉｇｈ ｈｏｐｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｐｌａｃｅｄ ｏｎ ｉｔ ｆｏｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｍａｎｙ ａｒｅａｓ．Ｈｅｒｅ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｐｒｅｐａｒｉｎｇ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅ ｉｏｎｉｃ－ｌｉｑ－ ｕｉｄ－ｔｒｅａｔｅｄ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｓｈｅｅｔｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒａｔｉｏｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｔｏ ｗａｔｅｒ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｌｅｃ－ ｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｏｆ ｇｒａｐｈｅｎｅ ａｎｄ ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕ－ ｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
大 约 介 于 ３～１０ 之 间 ，表 ［１４－１５］ 明 电 化 学 法 制 得 的 石 墨 烯 片 层
烯的电学性能。
表面的含氧官能团较少，表面 的 电 阻 值 也 很 低。 此 外，该 小 组
１．３ 化 学 气 相 沉 积 法
化学气相沉积法是将两种或两种以上气态物质导入到一
深度剖析石墨烯的结构特征和在电化学储能中的应用
深度剖析石墨烯的结构特征和在电化学储能中的应用石墨烯由于具有二维平面几何特征和独特的电子行为被广泛用于电化学储能研究领域，改善诸如超级电容器、锂离子电池的输出性能和提高氧还原过程（ORR）电催化活性。
目前文献中大量实验结果报道也证实了石墨烯对不同储能领域场合的作用。
同时，研究者们也进行了大量的理论计算，从原子和电子的层次对石墨烯的作用机制进行解释。
小编将带领大家一起，了解目前石墨烯在电化学过程中的理论计算结果，以超级电容器、锂离子电池和ORR过程为典型代表，学习重要结论，加深对石墨烯功能的理解，也为新型石墨烯基电化学储能器件提供研究思路。
石墨烯电化学储能的基本理论从电化学角度来讲，石墨烯在储能器件中所起的作用主要有四种：一种是石墨烯不参与电化学反应，仅仅通过与电解液形成双电层作用来存储电荷，提高电容效果，这种情况主要出现在超级电容器中；另一种则是与活性物质发生电化学反应，通过电子转移而产生法拉第电流，并为电化学反应的生成物提供存储场所，如锂离子电池等，或者虽然不发生电化学反应，但是可以通过与生成物相互作用而将其固定，同样提供存储场所，如锂硫电池；同时，石墨烯还可以为电化学反应提供催化效果，降低电化学反应所需的能量势垒，如ORR等；还有一种则是利用自身导电性提高电极的电导率，降低充放电过程中的欧姆电阻。
本文主要围绕前面三种作用展开。
石墨烯在储能体系中的电化学行为与其电子结构息息相关。
正确认识其电子结构将是更好利用石墨烯材料的有效前提，并且也可以为具体应用领域中石墨烯材料的电子结构调整提供指导思路。
石墨烯电子结构特征1. 石墨烯及其缺陷类型石墨烯属于由双原子基点组成的三角布拉维点阵。
由于相邻的两个碳原子位置不等同，石墨烯晶格可以分为两个亚点阵，每个亚点阵都是三角布拉维格子。
相邻两个C原子的间距为0. 142 nm，键角为120，与分子苯中的数值相同。
平面内部C 原子通过三个相互相连，在垂直平面上碳原子的pz轨道形成离域的键。
电化学法制备石墨烯
电化学法制备石墨烯电化学法制备石墨烯石墨烯（Graphene，GN）是由sp2杂化C原子组成的具有蜂窝状六边形结构的二维平面晶体。
石墨烯独特的结构特征使其具有优异的物理、化学和机械等性能，在晶体管太阳能电池传感器、锂离子电池、超级电容器、导热散热材料、电发热膜、场发射和催化剂载体等领域有着良好的应用前景。
石墨烯的制备方法对其品质和性能有很大影响，低成本、高品质、大批量的制备技术是石墨烯能得到广泛应用的关键。
现有制备石墨烯的方法有很多，包括机械剥离石墨法、液相剥离法、溶剂热合成法、化学气相沉积法、外延生长法和电化学法等。
其中，电化学方法因其成本低、操作简单、对环境友好、条件温和等优点而越来越受到人们的关注。
据最新研究报道，通过电化学方法制备的石墨烯可以达到克量级，这为石墨烯的工业化生产带来了曙光。
电化学制备技术则是通过电流作用进行物质的氧化或还原，不需要使用氧化剂或还原剂而达到制备与提纯材料的目的，具有生产工艺简单、成本低、清洁环保等优点，已在冶金、有机与聚合物合成、无机材料制备等方面得到广泛应用。
而且通过电化学电场作用，可以实现外在电解液离子（分子）对一些层状材料的插入，如锂离子电池石墨负极充电时就是锂离子在石墨层间的插入及石墨层间化合物的电化学制备。
根据电化学原理主要有两种路线制备石墨。
1、通过电化学氧化石墨电极可得氧化石墨烯，再通过电化学还原以实现电化学或化学氧化的氧化石墨烯的还原而得到石墨烯材料。
2、采用类似液相剥离，但施以电场力作用驱动电解液分子以电化学方式直接对石墨阴极进行插层，使石墨层间距变大，层间范德华力变弱，以非氧化方式直接对石墨片层进行电化学剥离制备得到石墨烯。
电化学法制备石墨烯的优势主要为：1）与普通化学氧化还原法相比，不需要用到强氧化剂、强还原剂及有毒试剂，成本低，清洁环保；2）通过电化学方式，在氧化时可以更多地以离子插入方式剥离而减少氧化程度降低对石墨烯结构的破坏，电化学还原时则能更彻底还原，因此制得的石墨烯具有更好的物理化学性质；3）以石墨工作电极为阴极进行非氧化直接剥离时，石墨片层结构没有受到破坏，可以得到与液相或机械剥离法一样高品质的石墨烯片，但因为电化学的强电场作用，比单纯的溶剂表面作用力或超声作用力要大得多，剥离的效率更高，与液相或机械剥离法相比，电化学剥离易实现高品质石墨烯批量制备；4）电化学制备过程中，电流与电压很容易精确控制，因此容易实现石墨烯的可控制备与性能调控，而且电化学法工艺过程与设备简单，容易操作控制；5）与CVD 及有机合成法相比，电化学法采用石墨为原料，我国石墨产量居世界前列，原料丰富成本低廉，不需要用到烯类等需大量进口的高价石化原料。
电化学法制备石墨烯及其导电特性
鉴于离子液体或聚电解质合成较为复杂 ， 副产物的分离较为困难 ， 本文采用廉价 的硫酸钠溶液作 为 电解质 ， 通过 电化 学方法 制备 石墨烯 ， 得石 墨烯可 以在 Ⅳ， 一 甲基 甲酰胺 （ ＭＦ 、 甲基 吡 咯烷 所 Ⅳ二 Ｄ ） Ｎ一 酮 （ ＭＰ 或 Ｄ Ｎ ） ＭＦ和 Ｎ ＭＰ与水 的混 合溶 剂 中稳 定分 散 ， 制备 过程 较为 绿色 环保 ．对石 墨烯 的形貌 和 结
与 ｓ 杂化碳 原子 在布里 渊 区 中心 的 Ｅｇ ｐ ２ 声子 振动 有关 ．无 序 引起 的 Ｄ峰与 Ｅｇ 动模 引起 的 Ｇ峰强 度 ２ 振 比 ，／。 。，可用来 表征 材料 的无序性 ． 图 ３为石 墨和 电化学方 法制 备 的石 墨烯 的拉 曼 光谱 ．从 图 ３谱线 口可 以看 出 ，在 ５０～１０ ｍ ０ ８０ｅ 范 围 内石 墨 的 Ｄ峰非 常弱 ， Ｉ ＝ ．６ ，／Ｇ ００ ，仅存 在 一 个位 于 １８ ｍ ５０ｅ 的尖而 强 的吸 收 峰 （ 峰 ） Ｇ ，即 由 无序结 构 引起 的第二个 拉曼 峰 强度 极低 ，说 明石 墨 无 序结构 所 占 比例 非常 小 ， 构 较 为规 整 ．与 石 墨 结
体 １辛 基．一 ． ． ３甲基 咪唑六 氟磷 酸盐等 作为 电解 液 ，将 ２根 石 墨 电极分 别 置 于 电解 槽 的 阳极 和 阴极 ，加 １ ２ ０～ ０Ｖ的稳压 直流 电源 于正负 电极 ， 墨被功 能化并 逐 渐剥 离得 到 石 墨烯 ．Ｗａ ｇ等¨ 石 ｎ 以聚苯 乙烯 磺酸 钠溶液 作 为离子 电解液 ，高纯石 墨棒作 为正 负 电极 ， 直流 电解制 得石 墨烯 ．
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高 等 学 校 化 学 学 报
Ｖ １３ ｏ．３
２ ３ 拉曼 光谱 分析 ．
石墨烯在电化学储能领域应用的研究进展
石墨烯在电化学储能领域应用的研究进展汪洪溟;朱凌岳【摘要】自2004年石墨烯首次被发现以来,石墨烯已经成为了材料科学界最热门的话题.这股\"石墨烯热\"对电化学储能领域影响深远.石墨烯在电化学储能领域应用中,既可作为活性材料,也可作为非活性材料.我们将从这两方面分别概述石墨烯在金属离子电池、金属空气电池及超级电容器中的最新应用.【期刊名称】《化学工程师》【年(卷),期】2019(033)007【总页数】5页(P69-72,35)【关键词】石墨烯锂离子电池金属-空气电池超级电容器【作者】汪洪溟;朱凌岳【作者单位】东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆 163318;东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆 163318【正文语种】中文【中图分类】O6-1石墨烯，一种由单层碳构成具有蜂窝晶格结构的二维平面材料，是众多碳质材料中的一员（其他碳质材料：石墨，富勒烯，碳纳米管）[1]。
由于石墨烯结构特殊，这使它具有优异的导电性和极大的理论比表面积。
近年，众多科学家研究探索了石墨烯基材料在电化学储能领域的应用。
大部分研究表明，石墨烯是以石墨为原材料生产的。
可扩张的石墨被加热扩张后，通过机械剥离得到石墨烯。
也可通过化学方式，以液相分离的方法制得氧化石墨烯（GO），随后将其还原为还原态石墨烯（RGO），此方法制备的RGO专门用于储能领域。
尽管氧化导致的缺陷不能在还原过程中完全去除，但这种合成途径利于石墨烯基复合材料的制备。
与石墨烯（包括还原态石墨烯RGO）形成鲜明对比的是，GO更容易溶解于范围广泛的溶剂中。
这种特性实现了人们可以通过化学途径来制备带有不同电活性官能团（比如导电聚合物和金属氧化物）的GO基复合材料。
此类复合材料可以直接使用，或者将其还原制得RGO基复合材料。
石墨烯基材料可应用于所有类型的电化学储能设备，不论是作为活性材料还是作为非活性材料。
1 石墨烯作为活性材料当石墨烯参与储能反应时，它可被视为一种活性材料。
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石墨烯在离子液体电解液中的电化学行为
阎兴斌1,*，刘文文1,2，郎俊伟1, 薛群基1
1中国科学院兰州化学物理研究所，甘肃省兰州市天水中路18号，730000
2中国科学院研究生院，北京市石景山区玉泉路19号（甲），100049
*Email: xbyan@
石墨烯因其具有极好的导电率和超高的比表面积而被广泛研究用做超级电容器的电极材料。
然而其能量密度还需进一步提高。
电解液是影响电容器性能的关键因素之一,适合的电解液对提高超级电容器的性能具有重要的作用。
已有报道，利用离子液体作为石墨烯超级电容器的电解液可以提高其能量密度。
然而，石墨烯在离子液体中的电化学行为还有待于进一步研究。
本文运用电化学等测试技术详细研究了有机溶剂、咪唑类离子液体阳离子烷基链和阴离子官能团、离子液体浓度、离子液体温度，以及离子液体在石墨烯中的插层现象等对石墨烯超级电容器性能的影响[1]。
实验结果表明：石墨烯电极在EMIMBF4/DMF电解液中具有优异的电容行为，同时其电容行为受阳离子烷基链的长度、阴离子官能团和离子液体摩尔浓度等因素影响。
实验结果还发现，石墨烯-EMIMBF4电解液体系在-20℃-60℃温度范围内都具有较好的电容性能。
关键词：石墨烯；离子液体；烷基链；温度；超级电容器
参考文献
[1] Liu, W.W.; Yan, X.B.; Lang, J.W.; Xue Q.J. J. Mater. Chem., 2011, 21: 13205.
Electrochemical behavior of graphene sheets in the ionic liquid
electrolyte
Xingbin Yan1,* Wenwen Liu1,2, Junwei Lang1,Qunji Xue1 1Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, 18 Tianshui road (M.),
Lanzhou, 730000
2Graduate School of Chinese Academy of Sciences, 19 Yuquan road, Beijing, 100049
Graphene has been widely studied as the electrode material of supercapacitors due to its excellent electrical conductivity and ultra-high surface area. However, its energy density still needs to improve compared with other energy cells. The electrolyte is one of the key factors affecting the capacitor performance. Thus, it is of great significance to develop new type electrolytes to increase the energy density of supercapacitors. Ionic liquids have been reported as the electrolytes in graphene supercapacitors owing to its excellent performance, but the electrochemical behavior of graphene in ionic liquid electrolytes needs to be further studied.
In this work, the effects of organic solvents, the cation alkyl chain of imidazolium ionic liquid, the anionic functional groups of imidazole ionic liquids, ionic liquid molar concentration and temperature, and the intercalation of ionic liquids on the supercapacitive of graphene sheets have been investigated by electrochemical test techniques. The results show that graphene electrode has a good capacitive behavior in EMIMBF4/DMF electrolyte, and its capacitance has been affected by the cation alkyl chain length, the anionic functional groups, and the molar concentration. Moreover, the graphene electrode has the excellent performance in EMIMBF4 electrolyte at the operating temperature ranging from -20 ℃ to 60 ℃.。