科技日報記者 吳長鋒
記者從中國科學技術大學獲悉，該校朱彥武教授團隊與中科院上海高等研究院、常州第六元素材料科技股份有限公司和上海交通大學進行合作，采用具有百微米尺寸和連續(xù)流動特征的微通道反應器，充分利用微通道內高效傳質傳熱等特點，實現高效且本質安全的石墨氧化過程。研究成果日前在國際期刊《先進材料》上發(fā)表。
中國科大供圖
氧化石墨及其剝離產物氧化石墨烯，作為規(guī)?；苽涫┑年P鍵前驅體，在許多領域扮演重要角色。目前在科學研究及工業(yè)制備中，主要以1958年提出的Hummers法為基礎，利用強氧化劑在濃硫酸體系中對石墨進行化學氧化，進一步剝離得到氧化石墨烯。近些年研究人員針對Hummers法提出了許多改進措施，但由于氧化劑在石墨層間擴散緩慢和易爆中間產物的產生與積累，導致反應耗時長、安全隱患大、品質管控難等問題。規(guī)?；a場景下的大體積反應釜和低換熱效率進一步加重了這些挑戰(zhàn)。因此，亟待開發(fā)一種高效、安全且可規(guī)?；瘧玫难趸┲苽浼夹g。
研究團隊通過強化的微流反應，使得石墨在2分鐘之內即可達到傳統反應釜中數小時才能實現的氧化程度；通過改變微反應器構型、反應流體參數等可在一定范圍內精細調節(jié)氧化石墨烯的氧化程度和含氧官能團種類。此外，小尺寸且透明的微反應器使得利用光譜實時檢測氧化進程成為可能?？蒲腥藛T通過原位表征石墨氧化中的拉曼G峰演變，分析了流速、原料石墨種類和片徑等對氧化反應動力學的影響。據此結果進行并行放大，年產60噸的連續(xù)化制備產線，僅需總共約6.5升的微反應器體積。
在此基礎上，研究人員還驗證了在微通道中對氧化石墨烯進行還原、組裝的能力，并展示了氧化石墨烯產物的導熱導電性能，為利用微流體技術實現氧化石墨烯的制備與應用奠定基礎。
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