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 石墨烯因具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、超大比表面積等優(yōu)異性質(zhì), 在電子器件、傳感器、電池/超級電容器、催化劑載體以及基于石墨烯的復(fù)合材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用。石墨烯的低成本宏量制備是其廣泛應(yīng)用的前提和關(guān)鍵，因此，基于石墨高效剝離規(guī)模化制備石墨烯至今是科研人員致力解決的難題。近日，上海交通大學(xué)趙亞平教授課題組運用所建立的基于超臨界二氧化碳剝離技術(shù)高效制備石墨烯及其自組裝構(gòu)建一維石墨烯卷取得多項研究新成果，對石墨烯的規(guī)模化應(yīng)用和一維石墨烯卷的研究具有重要實際應(yīng)用價值和學(xué)術(shù)意義。

圖1：超臨界二氧化碳中，超聲波與剪切攪拌協(xié)同剝離石墨制備石墨烯的原理示意圖

該團(tuán)隊建立的超臨界CO2中超聲耦合剪切高效剝離制備石墨烯工作以Highly efficient production of graphene by an ultrasound coupled with a shear mixer in supercritical CO2為題在化工三大主流期刊之一“Industrial & Engineering Chemistry Research” 作為期刊封面文章發(fā)表（December 12, 2018 Volume 57, Issue 49 Pages 16537-17032）。超聲在石墨顆粒上產(chǎn)生活性邊緣，同時從活性邊緣剪切剝離石墨，該過程極大提高了石墨烯的剝離效率。

圖2：石墨烯自組裝形成石墨烯納米卷過程示意圖

該團(tuán)隊以所剝離的石墨烯為原料，首次建立了石墨烯通過自組裝大量制備一維石墨烯納米卷（Graphene Nanoscroll）的新方法。石墨烯卷是由二維石墨烯片經(jīng)螺旋卷曲的方式形成的具有類似多壁碳納米管結(jié)構(gòu)的新型碳材料，具有端口和邊緣開口的未封閉特殊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一維管狀納米結(jié)構(gòu)碳材料。石墨烯卷不僅繼承了石墨烯和碳管優(yōu)良的化學(xué)、物理和電學(xué)性質(zhì)，而且還具有與二者不一樣的特殊性能，成為近來研究的熱點。該團(tuán)隊建立的方法簡單、自組裝效率高，為批量生產(chǎn)石墨烯納米卷及其應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。該工作以A facile and universal approach for quantity production of high-quality nanoscrolls with high-yield from two-dimensional nanosheets為題發(fā)表在《Scientific Reports》（2018, 8, 1: 15262.）。

圖3：石墨烯與石墨烯納米卷可逆轉(zhuǎn)換示意圖

該團(tuán)隊進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，所形成的石墨烯一維納米卷可以重新可逆展開成為石墨烯，實現(xiàn)了二維石墨烯與一維石墨烯納米卷之間的相互可逆轉(zhuǎn)化。該成果為從二維材料構(gòu)建一維材料提供了新思路，為石墨烯的穩(wěn)定儲存和定向應(yīng)用以及一維石墨烯卷的理論研究和實際應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。該工作以Reversible conversion between graphene nanosheets and graphene nanoscrolls at room temperature為題發(fā)表在《RSC Advances》期刊（2018, 8, 18, 9749-9753.）

以上工作主要由趙亞平教授團(tuán)隊的王武聰和蓋艷喆博士生完成。